Koolzuur, H2CO3 (aq), is een zwak diprotisch zuur. In een waterige oplossing zal het dus in evenwicht zijn met zijn geconjungeerde base HCO3– (bicarbonaat):
$$\mathrm{H_2CO_3 \; (aq) \rightleftharpoons HCO_3^- \; (aq) + H^+}$$
Echter, koolzuur is ook in evenwicht met water en koolstofdioxide (ofwel koolzuurgas):
$$\mathrm{H_2CO_3 \;(aq) \rightleftharpoons CO_2 \; (aq) + H_2O\; (l)}$$
Koolzuurgas, CO2, kan in kleine hoeveelheden in water worden opgelost, maar als de concentratie te hoog wordt zal het gasvormig worden. De belletjes CO2 (g) zullen naar boven stijgen en ontsnappen als dat mogelijk is. Is dat niet mogelijk, dan zal de gasdruk toenemen.
De oplosbaarheid van CO2 daalt als de temperatuur hoger wordt. Een oplossing van koolzuurgas zal dus meer belletjes vormen en onder meer druk komen te staan als het warmer wordt. Dit gedrag is goed bekend van frisdranken.
Wanneer het gevormde CO2 gas ontsnapt, zal het evenwicht in laatstgenoemde reactie voortdurend naar rechts schuiven. De reactie loopt af: uiteindelijk is er geen koolzuurgas meer over. Dit ziet men bijvoorbeeld gebeuren in een mengsel van soda en azijn:
$$\mathrm{NaHCO_3 \; (aq) + CH_3COOH\; (aq) \rightleftharpoons H_2CO_3 \; (aq) + NaCH_3COO\; (aq)}$$ $$\mathrm{H_2CO_3 \; (aq) \rightleftharpoons CO_2 \; (aq) + H_2O\; (l)}$$ $$\mathrm{CO_2\; (aq) \rightleftharpoons CO_2 \; (g)}$$
Door het verdwijnen van de gasbelletjes loopt de laatste reactie geheel af, en daardoor de andere reacties eveneens. Het netto-effect is dus
$$\mathrm{NaHCO_3 \; (aq) + CH_3COOH\; (aq) \rightarrow NaCH_3COO \; (aq) + H_2O \; (l) + CO_2 \; (g)}$$
Het evenwicht $\mathrm{CO_2 \; (aq+ H_2O\; (l) \rightleftharpoons H_2CO_3}$ verklaart waarom koolstofdioxide in de atmosfeer bijdraagt aan “zure regen”. Andere niet-metaaloxiden hebben soortgelijk gedrag, bijv.: $\mathrm{SO_2 \; (aq) + H_2O \; (l) \rightleftharpoons H_2SO_3 \; (aq)}$
