이산화탄소가 물에 녹는 반응식

이산화탄소 용해로 탄산 생성

이산화탄소(CO2)는 공기 중의 수분을 만나거나 물에 용해가 되면 아래와 같이 탄산(H2CO3, carbonic acid)을 생성하는 반응이 진행됩니다.

 

CO2(g) + H2O(l) → H2CO3(aq)

 

이 반응으로 생성된 탄산은 수용액 상태에서 수소이온(H+)과 탄산수소이온(HCO3-)으로 이온화가 되기 때문에 산성을 띠는 물질입니다. 이름부터 탄산이죠. 그리고, 탄산수소이온은 또다시 수소이온과 탄산이온(CO3^(2-))으로 이온화가 됩니다. 역시 수소이온을 내어놓으므로 산성임을 알 수 있습니다.

 

H2CO3(aq) → H^(+)(aq) + HCO3^(-)(aq)

 

HCO3^(-)(aq) ↔ H^(+)(aq) + CO3^(2-)(aq)

 

참고로, 이렇게 물에 용해된 탄산이 이온화되어 생성된 탄산수소이온(HCO3-)은 칼슘(Ca)이나 마그네슘(Mg)과 결합을 하게 되는데요, 만약 칼슘과 결합을 하게 된다면 탄산수소칼슘(Ca(HCO3)2)이 됩니다.

 

2HCO3^(-)(aq) + Ca^(2+)(aq) → Ca(HCO3)2(aq)

 

이렇게 형성된 탄산수소칼슘은 열을 가해주면 열분해가 되고요, 열분해로 인해 탄산칼슘(CaCO3)과 물, 그리고 이산화탄소를 생성합니다. 물을 끓이는 전기 포트나 냄비, 주전자에 보면 흰색의 앙금, 흰색 층이 생긴 것을 가끔 본 적이 있을 것입니다. 물에 녹지 않는 탄산칼슘 생성으로 인해 발생한 것입니다.

 

Ca(HCO3)2(aq) → CaCO3(s) + H2O(l) + CO2(g)

 

이렇게 이산화탄소(CO2)가 물에 용해되는 반응식을 정리해 보았습니다.

이산화탄소 용해 반응식, 이미지 출처: rwu.pressbooks.pub

 

 

이산화탄소가 물에 녹는 반응과 해양산성화 및 산성비 관계

 

1. 산성비 (acid rain)

위와 같이 발생하는 탄산에 의해서 비는 pH 5.6 부근의 산성을 띠게 됩니다. 하지만, 이는 pH 5.6 이하의 비를 뜻하는 산성비의 정의에 따라 산성비의 원인이 아니라는 것은 아래 포스팅을 참고하면 되겠습니다.

2023.11.23 - [과학] - 산성비 원인 화학반응식

산성비 원인 화학반응식

 

2. 해양 산성화 (ocean acidification)

다만, 이산화탄소가 바닷물에 녹게 되면 해양의 산성화가 진행이 되는데요, 탄산이 생성되고 수소이온과 탄산수소이온으로 이온화가 되면서 수소 이온이 조개나 산호류의 골격 생성 반응을 방해하게 되면서 해양 생태계에 영향을 미치게 됩니다. 해양 산성화 반응 관련하여 아래 내용을 함께 참고하면 됩니다.

2023.11.10 - [과학] - 해양 산성화 반응 정리

해양 산성화 반응 정리