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| Nombres | |
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| Nombre IUPAC preferido Carbonato | |
| Nombre IUPAC sistemático Trioxidocarbonato [1] : 127 | |
| Identificadores | |
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Modelo 3D ( JSmol ) | |
| ChemSpider | |
PubChem CID | |
| UNII | |
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| Propiedades | |
| CO2− 3 | |
| Masa molar | 60,008 g · mol −1 |
| Ácido conjugado | Bicarbonato |
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). | |
| Referencias de Infobox | |
En química, un carbonato es una sal de ácido carbónico (H 2 CO 3 ), [2] caracterizada por la presencia del ion carbonato , un ion poliatómico con la fórmula CO2−
3. El nombre también puede referirse a un éster de carbonato , un compuesto orgánico que contiene el grupo carbonato C (= O) (O–) 2 .
El término también se usa como verbo para describir la carbonatación : el proceso de elevar las concentraciones de iones carbonato y bicarbonato en el agua para producir agua carbonatada y otras bebidas carbonatadas, ya sea mediante la adición de gas dióxido de carbono a presión o disolviendo carbonato. o sales de bicarbonato en el agua.
En geología y mineralogía , el término "carbonato" puede referirse tanto a los minerales de carbonato y roca carbonato (que está hecha de minerales de carbonato principalmente), y ambos están dominados por el ión carbonato, CO2−
3. Los minerales de carbonato son extremadamente variados y ubicuos en la roca sedimentaria precipitada químicamente . Los más comunes son la calcita o el carbonato de calcio , CaCO 3 , el principal componente de la piedra caliza (así como el principal componente de las conchas de moluscos y los esqueletos de coral ); dolomita , un carbonato de calcio y magnesio CaMg (CO 3 ) 2 ; y siderita , o carbonato de hierro (II), FeCO 3 , un importante mineral de hierro . Carbonato de sodio ("soda" o "natrón") yEl carbonato de potasio ("potasa") se ha utilizado desde la antigüedad para la limpieza y conservación, así como para la fabricación de vidrio . Los carbonatos se utilizan ampliamente en la industria, como en la fundición de hierro, como materia prima para la fabricación de cemento Portland y cal , en la composición de esmaltes cerámicos y más.
Estructura y vinculación [ editar ]
El ion carbonato es el anión oxocarbonado más simple . Consiste en un átomo de carbono rodeado por tres átomos de oxígeno , en una disposición plana trigonal , con simetría molecular D 3h . Tiene una masa molecular de 60.01 g / mol y tiene una carga formal total de -2. Es la base conjugada del ion hidrogenocarbonato (bicarbonato) , HCO-
3, que es la base conjugada de H
2CO
3, ácido carbónico .
La estructura de Lewis del ion carbonato tiene dos enlaces sencillos (largos) a átomos de oxígeno negativos y un enlace doble corto a un oxígeno neutro.
Esta estructura es incompatible con la simetría observada del ion, lo que implica que los tres enlaces son igualmente largos y que los tres átomos de oxígeno son equivalentes. Como en el caso del ion nitrato isoelectrónico , la simetría se puede lograr mediante una resonancia entre tres estructuras:
Esta resonancia se puede resumir en un modelo con enlaces fraccionarios y cargas deslocalizadas :
Propiedades químicas [ editar ]
Los carbonatos metálicos generalmente se descomponen al calentarlos, liberando dióxido de carbono del ciclo del carbono a largo plazo al ciclo del carbono a corto plazo y dejando un óxido del metal. [2] Este proceso se llama calcinación , después de calx , el nombre latino de la cal viva u óxido de calcio , CaO, que se obtiene tostando piedra caliza en un horno de cal .
Se forma una sal de carbonato cuando un ion cargado positivamente, M+
, M2+
, o M3+
, se asocia con los átomos de oxígeno cargados negativamente del ion formando atracciones electrostáticas con ellos, formando un compuesto iónico :
- 2 M+
+ CO2−
3→ M
2CO
3
- METRO2+
+ CO2−
3→ MCO
3
- 2 M3+
+ 3 CO2−
3→ M
2(CO
3)
3
La mayoría de las sales de carbonato son insolubles en agua a temperatura y presión estándar , con constantes de solubilidad inferiores a1 × 10 −8 . Las excepciones incluyen carbonatos de litio , sodio , potasio y amonio , así como muchos carbonatos de uranio .
En solución acuosa , el carbonato, el bicarbonato, el dióxido de carbono y el ácido carbónico existen juntos en un equilibrio dinámico . En condiciones fuertemente básicas, predomina el ion carbonato, mientras que en condiciones débilmente básicas, predomina el ion bicarbonato . En condiciones más ácidas, el dióxido de carbono acuoso , CO 2 (aq), es la forma principal, que, con el agua, H 2 O, está en equilibrio con el ácido carbónico; el equilibrio se encuentra fuertemente hacia el dióxido de carbono. Por tanto, el carbonato de sodio es básico, el bicarbonato de sodio es débilmente básico, mientras que el dióxido de carbono en sí es un ácido débil.
El agua carbonatada se forma disolviendo CO 2 en agua a presión. Cuando se reduce la presión parcial de CO 2 , por ejemplo cuando se abre una lata de refresco, el equilibrio para cada una de las formas de carbonato (carbonato, bicarbonato, dióxido de carbono y ácido carbónico) cambia hasta que la concentración de CO 2 en la solución es igual a la solubilidad del CO 2 a esa temperatura y presión. En los sistemas vivos, una enzima, la anhidrasa carbónica , acelera la interconversión de CO 2 y ácido carbónico.
Aunque las sales de carbonato de la mayoría de los metales son insolubles en agua, no ocurre lo mismo con las sales de bicarbonato. En solución, este equilibrio entre carbonato, bicarbonato, dióxido de carbono y ácido carbónico cambia constantemente a las condiciones cambiantes de temperatura y presión. En el caso de iones metálicos con carbonatos insolubles, como CaCO 3 , se produce la formación de compuestos insolubles. Ésta es una explicación de la acumulación de incrustaciones dentro de las tuberías causada por el agua dura .
Carbonato en la nomenclatura inorgánica [ editar ]
El nombre IUPAC del aditivo sistemático para el anión carbonato es trioxidocarbonato (2−). [1] : 127 De manera similar, el anión cianuro CN - se denomina nitridocarbonato (1−). [1] : 291 Sin embargo, siguiendo la misma lógica para el carbonato (4−) ( ácido ortocarbónico ), por similitud con el silicato (4−) ( ácido ortosilícico), en la nomenclatura aditiva sistemática no tiene sentido ya que esta especie nunca ha sido identificada en condiciones normales de temperatura y presión. El ácido ortocarbónico es energéticamente mucho menos estable que el ácido ortosilícico y no puede existir en condiciones normales debido a la configuración orbital energéticamente desfavorable de un solo átomo de carbono central unido a cuatro átomos de oxígeno. [1] : 287 [3]
Carbonatos orgánicos [ editar ]
En química orgánica, un carbonato también puede referirse a un grupo funcional dentro de una molécula más grande que contiene un átomo de carbono unido a tres átomos de oxígeno, uno de los cuales tiene un doble enlace. Estos compuestos también se conocen como organocarbonatos o ésteres de carbonato, y tienen la fórmula general ROCOOR 'o RR'CO 3 . Los organocarbonatos importantes incluyen carbonato de dimetilo , los compuestos cíclicos carbonato de etileno y carbonato de propileno , y el reemplazo de fosgeno, trifosgeno .
Búfer [ editar ]
Funciona como un amortiguador en la sangre de la siguiente manera: cuando el pH es bajo, la concentración de iones de hidrógeno es demasiado alta, por lo que se exhala CO 2 . Esto hará que la ecuación se desplace a la izquierda, [ se necesita una explicación más detallada ] esencialmente disminuyendo la concentración de iones H + , causando un pH más básico.
Cuando el pH es demasiado alto, la concentración de iones de hidrógeno en la sangre es demasiado baja, por lo que los riñones excretan bicarbonato ( HCO-
3). Esto hace que la ecuación se desplace a la derecha, aumentando esencialmente la concentración de iones de hidrógeno, lo que provoca un pH más ácido.
Tres importantes reacciones reversibles controlan el balance de pH anterior: [4]
- H 2 CO 3 ⇌ H + + HCO-
3
- H 2 CO 3 ⇌ CO 2 + H 2 O
- CO 2 (ac) ⇌ CO 2 (g)
El CO 2 (g) exhalado agota el CO 2 (aq), que a su vez consume H 2 CO 3 , provocando el desplazamiento antes mencionado dejado en la primera reacción por el principio de Le Châtelier . Por el mismo principio, cuando el pH es demasiado alto, los riñones excretan bicarbonato ( HCO-
3) en la orina como urea a través del ciclo de la urea (o ciclo de ornitina de Krebs-Henseleit). Al eliminar el bicarbonato, se genera más H + a partir del ácido carbónico (H 2 CO 3 ), que proviene del CO 2 (g) producido por la respiración celular .
Fundamentalmente, este mismo amortiguador opera en los océanos. Es un factor importante en el cambio climático y el ciclo del carbono a largo plazo, debido a la gran cantidad de organismos marinos (especialmente los corales) que están formados por carbonato de calcio. El aumento de la solubilidad del carbonato a través del aumento de las temperaturas da como resultado una menor producción de calcita marina y una mayor concentración de dióxido de carbono atmosférico. Esto, a su vez, aumenta la temperatura de la Tierra. El tonelaje de CO2−
3es a escala geológica y pueden redisolverse en el mar y liberarse a la atmósfera, aumentando aún más los niveles de CO 2 . [ cita requerida ]
Sales de carbonato [ editar ]
- Resumen de carbonatos:
Presencia fuera de la Tierra [ editar ]
Generalmente se piensa que la presencia de carbonatos en la roca es una fuerte evidencia de la presencia de agua líquida. Observaciones recientes de la nebulosa planetaria NGC 6302 muestran evidencia de carbonatos en el espacio, [5] donde es improbable una alteración acuosa similar a la de la Tierra. Se han propuesto otros minerales que encajarían con las observaciones.
Hasta hace poco , no se habían encontrado depósitos de carbonato en Marte mediante sensores remotos o misiones in situ, a pesar de que los meteoritos marcianos contienen pequeñas cantidades. El agua subterránea pudo haber existido en Gusev [6] y Meridiani Planum . [7]
Ver también [ editar ]
- Cap carbonatos
- Ácido ortocarbónico , H
4CO
4, o C (OH)
4, una hipotética molécula inestable - Oxalato
- Peroxocarbonato
- Percarbonato de sodio
Referencias [ editar ]
- ^ a b c d Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (2005). Nomenclatura de la química inorgánica (Recomendaciones de la IUPAC 2005). Cambridge (Reino Unido): RSC - IUPAC . ISBN 0-85404-438-8 . Versión electrónica.
- ^ a b Chisholm, Hugh, ed. (1911). . Encyclopædia Britannica (11ª ed.). Prensa de la Universidad de Cambridge.
- ^ Al-Shemali Musstafa; Boldyre Alejandro I (2002). "Búsqueda de ortocarbonatos iónicos: estudio ab initio de Na 4 CO 4 ". J. Phys. Chem. Una . 106 (38): 8951–8954. doi : 10.1021 / jp020207 + .
- ^ "Copia archivada" . Archivado desde el original el 21 de julio de 2011 . Consultado el 5 de septiembre de 2010 .Mantenimiento de CS1: copia archivada como título ( enlace )
- ^ Kemper, F., Molster, FJ, Jager, C. y Waters, LBFM (2001) La composición mineral y distribución espacial de la eyección de polvo de NGC 6302. Astronomy & Astrophysics 394 , 679-690.
- ^ Squyres, SW; et al. (2007). "Actividad piroclástica en la placa base en el cráter Gusev, Marte" (PDF) . Ciencia . 316 (5825): 738–742. Código Bibliográfico : 2007Sci ... 316..738S . doi : 10.1126 / science.1139045 . hdl : 2060/20070016011 . PMID 17478719 .
- ^ Squyres, SW; et al. (2006). "Resumen de la misión del rover de exploración de Marte de oportunidad a Meridiani Planum: cráter del águila a la ondulación del purgatorio" (PDF) . Revista de Investigación Geofísica: Planetas . 111 (E12): n / a. Código Bibliográfico : 2006JGRE..11112S12S . doi : 10.1029 / 2006JE002771 . hdl : 1893/17165 .
Enlaces externos [ editar ]
- Equilibrio de carbonato / bicarbonato / ácido carbónico en agua: pH de las soluciones, capacidad tampón, titulación y distribución de especies frente al pH calculado con una hoja de cálculo gratuita
- "Carbonato" . Dictionary.com . Consultado el 5 de abril de 2014 .
