Wenn man eine Flasche Mineralwasser „mit Gas“ genau beobachtet, kann man aufsteigende Bläschen sehen. Besonders verstärkt wird der Effekt, wenn man die Flasche schüttelt, das Wasser erwärmt oder einfach ein Glas damit füllt. Beim Trinken verspürt man einen „Sprudeleffekt“, das Mineralwasser schmeckt leicht sauer. Auch beim Coca Cola kann man ähnliche Phänomene beobachten.



Mineralwasser mit Kohlensäure („mit Gas").

Mit einem geeigneten pH-Indikator lässt es sich nachweisen, dass Mineralwasser „mit Gas“ leicht sauer reagiert und darin eine Säure enthalten sein muss. Der pH-Wert liegt zwischen 6 und 7. Die enthaltene Säure wird als Kohlensäure bezeichnet. Kann man auch die Kohlensäure vom Wasser abtrennen?

• Beim längeren Erhitzen oder Schütteln Erhitzen wird das gesamte Gas ausgetrieben. Leitet man das Gas in Kalkwasser, trübt sich dieses. Dies weist darauf hin, dass es sich bei dem Gas um Kohlenstoffdioxid handelt.
• Alle im Schul-Labor üblichen Trennungsmethoden scheitern, um die Kohlensäure in Reinform darzustellen. Man erhält immer nur Wasser und Kohlenstoffdioxid: Beim Austreiben des Gases aus dem Wasser zerfällt die Kohlensäure immer in diese beiden Stoffe.
  
• Nur Wissenschaftlern ist es unter großem Aufwand gelungen, bei ganz tiefen Temperaturen unter völligem Ausschluss von Wasser und Metallsalzen die Kohlensäure in Reinform darzustellen.

Mit den im Haushaltswarenbedarf erhältlichen Geräten oder Siphonflaschen kann man sich sein eigenes „Sprudelwasser“ herstellen. Dabei wird Wasser zusammen mit Kohlenstoffdioxid aus einer Patrone unter Druck gesetzt. Sobald eine Sättigung erreicht ist, geht nichts mehr. Dies kann so erklärt werden: Wenn das Kohlenstoffdioxid mit Wasser reagiert, entsteht Kohlensäure H₂CO₃. Dabei stellt sich ein Gleichgewicht ein. Dieses wird durch den Gleichgewichtspfeil verdeutlicht:
 
CO₂  +  H₂O    H₂CO₃ 
 
Das Gleichgewicht liegt stark auf der linken Seite. Die Kohlensäure ist also nur eine sehr schwache Säure. Für einen Chemiker ist der Säurecharakter der Kohlensäure daran zu erkennen, dass sie Protonen abgeben kann. Die Kohlensäure kann sogar zwei abgeben:

(1.)  Abgabe des ersten Protons:  H₂CO₃  +  H₂O     H₃O⁺  +  HCO₃⁻

(2.)  Abgabe des zweiten Protons:  HCO₃⁻  +  H₂O    H₃O⁺  +  CO₃²⁻ 
 
Die Abgabe der Protonen erfolgt bei der Kohlensäure in zwei Schritten. Im ersten Schritt erhält man ein Hydronium-Ion H₃O⁺ und ein Hydrogencarbonat-Ion HCO₃⁻, im zweiten Schritt ein weiteres Hydronium-Ion H₃O⁺ und ein Carbonat-Ion CO₃²⁻. Aus Kohlensäure lassen sich zwei verschiedene Salze gewinnen: Die Hydrogencarbonate mit dem Anion HCO₃⁻ erschließen sich aus dem ersten Schritt der Gleichung, die Carbonate mit dem Anion CO₃²⁻ aus dem zweiten Schritt.

Auch im Grundwasser ist aufgrund des Kalkkreislaufes immer ein geringer Anteil Kohlensäure enthalten. Kohlensäure und Carbonate bilden in den Gewässern ein natürliches Puffersystem.

Natriumhydrogencarbonat NaHCO₃ ist im Haushalt unter der Bezeichnung Natron bekannt. Es wird als Backtriebmittel eingesetzt, da es beim Erhitzen Kohlenstoffdioxid abgibt und so den Teig aufbläht und das Gebäck luftiger macht. Früher wurde Natron auch als Arzneimittel gegen Sodbrennen eingenommen. Dabei reagierte die Magensäure in einer Neutralisation mit dem Natriumhydrogencarbonat unter Bildung von Kohlensäure und Kochsalz.




Brausetabletten enthalten dagegen Natriumhydrogencarbonat und eine Säure im festen Zustand, zum Beispiel Citronensäure. Gibt man Wasser hinzu, bildet sich rasch Kohlenstoffdioxid, das den bekannten Sprudeleffekt auslöst. Der gleiche Effekt lässt sich auch erzielen, wenn man Weinsäure oder Vitamin C verwendet.



Brausetablette in Wasser.

Beim Erhitzen zersetzt sich Natriumhydrogencarbonat zu Natriumcarbonat, Wasser und Kohlenstoffdioxid:
 
2 NaHCO₃    Na₂CO₃  +  H₂O  +  CO₂
 

Bei der Reaktion mit einer Säure entstehen unter Aufschäumen Natriumchlorid, Kohlenstoffdioxid und Wasser:

NaHCO₃  +  HCl    NaCl  +  CO₂  +  H₂O   

Die Hydrogencarbonate sind mit Ausnahme des Natriumhydrogencarbonats besser im Wasser löslich als die Carbonate. Sie spielen bei der Wasserhärte eine entscheidende Rolle. 

Das bekannteste Carbonat im Haushalt ist Natriumcarbonat, das auch unter der Bezeichnung Soda bekannt ist. Es wird heute noch zur Seifenherstellung verwendet. Um das Jahr 1878 kam „Henkels Bleichsoda“ auf den Markt. Es diente zum Einweichen der Wäsche und zum Enthärten des Wassers. Heute werden andere Waschmittel eingesetzt, die die Wäsche mehr schonen.




Soda kommt in der Natur als Mineral vor, und es findet sich in Natron-Seen und Heilquellen. Im Mineralienreich bilden die Carbonate eine große Gruppe: Zu den Carbonat-Mineralien zählen zum Beispiel der Calcit, der Aragonit, der Dolomit, der Cerussit oder der Smithsonit. Die Calcium- und Magnesiumcarbonate sind bei vielen Gebirgen gesteinsbildend, dies ist beim Jura oder bei den Dolomiten der Fall:

Die Alkali-Carbonate sind relativ gut wasserlöslich, während die anderen nur schwer löslich sind. Die wässrigen Lösungen reagieren stark alkalisch: Das Carbonat-Ion CO₃^2- reagiert als Basemit einem Wasser-Molekül zu einem Hydrogencarbonat-Ion und einem Hydroxid-Ion:   
    
CO₃²⁻  +  H₂O    HCO₃⁻  +  OH⁻   

Mit starken Säuren zersetzen sich die Carbonate und Hydrogencarbonate unter Bildung von Kohlenstoffdioxid und der entsprechenden Salze. Natriumcarbonat reagiert zum Beispiel mit Salzsäure zu Natriumchlorid, Wasser und Kohlenstoffdioxid:
 
Na₂CO₃  +  2 HCl    2 NaCl  +  H₂O  +  CO₂

Die Alkali-Carbonate wie Natriumcarbonat oder Kaliumcarbonat schmelzen in der Hitze, andere wie Calciumcarbonat zerfallen beim starken Erhitzen unter Sauerstoffzufuhr in ein Oxid und Kohlenstoffdioxid. Ein solcher Vorgang findet zum Beispiel beim Kalkbrennen statt.