Was sind Carbonsäuren?
Carbonsäuren sind eine große Gruppe chemischer Verbindungen, die alle eine bestimmte Struktur gemeinsam haben und sich aus den drei wichtigsten Elementen der Erde zusammensetzen - Kohlenstoff, Sauerstoff und Wasserstoff. Diese verschiedenen Verbindungen sind die am häufigsten vorkommenden natürlichen organischen Säuren. Die leicht stechende Säure von Zitrusfrüchten wie Zitronen stammt von einem Beispiel namens Zitronensäure. Die meisten Verbindungen sind chemisch relativ einfach und als Säure ziemlich schwach. Carbonsäuren sind für sich genommen von entscheidender Bedeutung, aber was noch wichtiger ist, sie lassen sich relativ leicht trennen und mit anderen chemischen Verbindungen zu komplexeren Substanzen rekombinieren.
Die Säuren haben immer eine chemische Unterstruktur bestehend aus einem Kohlenstoffatom und einem Wasserstoffatom sowie zwei Sauerstoffatomen, die als Carboxylgruppe bezeichnet werden. An das Kohlenstoffatom ist auch eine Vielzahl von organischen Molekülen gebunden, von denen einige recht komplex sind. Es kann auch mehr als eine Carboxylgruppe geben. Dicarbonsäuren haben zwei, eine Tricarbonsäure drei, und einige Säuren können bis zu 20 Carboxylgruppen aufweisen.
Eine der Eigenschaften von Carbonsäuren, die sie für das organische Leben so nützlich machen, besteht darin, dass sie sich in Lösungsmitteln, einschließlich Wasser, leicht in einzelne Moleküle auflösen. Selbst die komplexesten und hartnäckigsten von ihnen sind normalerweise in einer Alkohollösung löslich. Die Tricarbonsäure Zitronensäure ist eine häufige Zutat in Limonadengetränken und in anderen verarbeiteten Lebensmitteln.
Ein weiterer üblicher Lebensmittelzusatzstoff ist Essigsäure in Essig. Es wird auch kommerziell verwendet, um chemische Reaktionen während der fotografischen Filmentwicklung zu stoppen. Fast die Hälfte des weltweiten Essigsäureangebots wird jedoch chemisch in Vinylacetat umgewandelt, einem der wesentlichen Bestandteile von Klebstoffen und Farben. Ähnlich wie andere Verbindungen wie Acrylsäure kann Vinylacetat chemisch zu Kunststoffen weiterverarbeitet werden.
Diese Vielseitigkeit der Carbonsäuren beruht auf der Leichtigkeit, ihre chemischen Bindungen aufzubrechen. Ein Beispiel dafür ist ein Vulkanmodell für Kinder, das eine Flasche Essig enthält. Wenn ein Teelöffel Backpulver oder Natriumbicarbonat hinzugefügt wird, sprudelt die Flasche heftig in einen Schaum aus Wasser, Kohlendioxid und Natriumacetat. Menschen und die meisten anderen Tiere beziehen den größten Teil ihrer Energie aus verdautem Futter durch eine Reihe chemischer Reaktionen, die als „Zitronensäurekreislauf“ bezeichnet werden.
Aminosäuren gehören auch zu den wichtigsten Carbonsäuren der Natur. Sie werden als "Bausteine von Proteinen" bezeichnet. Proteine wiederum erzeugen die nahezu unendliche Vielfalt von organischen Geweben, von Haar, Haut, Herz bis zur Baumrinde. Wissenschaftler haben diesen Ansatz gewählt, um die Säuren in einer Vielzahl von Anwendungen zu nutzen oder sie chemisch zu verbergen. Parfums, industrielle Bleichmittel, Lebensmittelkonservierungsmittel und Arzneimittel sind nur einige weitere Beispiele.