Carbonsäuren sind eine große Gruppe chemischer Verbindungen, die alle eine bestimmte Struktur gemeinsam haben und aus den drei wichtigsten Elementen der Erde bestehen – Kohlenstoff, Sauerstoff und Wasserstoff. Diese verschiedenen Verbindungen bilden die am häufigsten vorkommenden, natürlich vorkommenden 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 an sich haben lebenswichtige Verwendungen, aber noch wichtiger ist, dass sie relativ leicht aufzubrechen und mit anderen chemischen Verbindungen rekombinieren, um komplexere Substanzen zu bilden.
Die Säuren haben immer eine chemische Unterstruktur bestehend aus einem Kohlenstoffatom, einem Wasserstoffatom und 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 können auch mehr als eine Carboxylgruppe vorhanden sein. Dicarbonsäuren haben zwei, während eine Tricarbonsäure drei hat, und einige Säuren können bis zu 20 Carboxylgruppen aufweisen.
Eine der Eigenschaften von Carbonsäuren, die sie für das organische Leben so nützlich macht, 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 Citronensäure ist eine übliche Zutat in Limonadengetränken und anderen verarbeiteten Lebensmitteln.
Ein weiterer häufiger Lebensmittelzusatzstoff ist die Essigsäure in Essig. Es wird auch kommerziell verwendet, um chemische Reaktionen während der Entwicklung von fotografischen Filmen 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 von Carbonsäuren beruht auf der Leichtigkeit, ihre chemischen Bindungen aufzubrechen. Ein Beispiel dafür ist ein Kinder-Vulkanmodell mit einer Flasche Essig. Wenn ein Teelöffel Backpulver oder Natriumbicarbonat hinzugefügt wird, sprudelt die Flasche heftig in einem Schaum aus Wasser, Kohlendioxid und Natriumacetat. Menschen und die meisten anderen Tiere beziehen den Großteil ihrer Energie aus der verdauten Nahrung durch eine Reihe chemischer Reaktionen, die als „Zitronensäurezyklus“ bezeichnet werden.
Aminosäuren gehören auch zu den wichtigsten Carbonsäuren der Natur. Sie werden als „Bausteine von Proteinen“ bezeichnet. Proteine wiederum schaffen die nahezu unendliche Vielfalt organischer Gewebe, von Haaren, Haut, Herz bis hin zu Baumrinde. Wissenschaftler haben dieses Stichwort aufgegriffen, um die Säuren in einer Vielzahl von Anwendungen zu verwenden oder chemisch in sie umzuwandeln. Parfüms, industrielle Bleichmittel, Lebensmittelkonservierungsmittel und Arzneimittel sind nur einige weitere Beispiele.