En química, un anión oxocarbono es un ión negativo que consta únicamente de átomos de carbono y oxígeno y, por lo tanto, tiene la fórmula general C
XOn -
ypara algunos enteros x , y y n .
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/3/3c/Chemfm_mellitate_6neg.svg/159px-Chemfm_mellitate_6neg.svg.png)
12O6-
12, uno de los aniones oxocarbonados. Los círculos negros son átomos de carbono, los círculos rojos son átomos de oxígeno. Cada halo azul representa la mitad de una carga negativa.
Los aniones oxocarbonados más comunes son carbonato , CO2−
3y oxalato , C
2O2−
4. Sin embargo, hay una gran cantidad de aniones estables en esta clase, incluidos varios que tienen uso industrial o de investigación. También hay muchos aniones inestables, como CO-
2y CO-
4, que tienen una existencia fugaz durante algunas reacciones químicas; y muchas especies hipotéticas, como CO4−
4, que han sido objeto de estudios teóricos pero aún no se han observado.
Los aniones de oxocarbono estables forman sales con una gran variedad de cationes . Los aniones inestables pueden persistir en un estado gaseoso muy enrarecido, como en las nubes interestelares . La mayoría de los aniones oxocarbonados tienen restos correspondientes en química orgánica , cuyos compuestos suelen ser ésteres . Así, por ejemplo, el resto oxalato [–O– (C = O) 2 –O–] se encuentra en el éster dimetil oxalato H 3 C – O– (C = O) 2 –O – CH 3 .
Estructura electrónica del ion carbonato
![Space-filling model of the carbonate ion](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/8/89/Carbonate-3D-vdW.png/80px-Carbonate-3D-vdW.png)
El ion carbonato tiene una estructura plana trigonal, grupo de puntos D 3h . Los tres enlaces de CO tienen la misma longitud de 136 pm y los 3 ángulos de OCO son de 120 °. El átomo de carbono tiene 4 pares de electrones de valencia, lo que demuestra que la molécula obedece a la regla del octeto . Este es un factor que contribuye a la alta estabilidad del ion, que se produce en rocas como la piedra caliza . La estructura electrónica se describe mediante dos teorías principales que se utilizan para mostrar cómo se distribuyen los 4 pares de electrones en una molécula que solo tiene 3 enlaces CO.
Con la teoría del enlace de valencia, la estructura electrónica del ion carbonato es un híbrido de resonancia de 3 formas canónicas.
En cada forma canónica hay dos enlaces simples un enlace doble. Las tres formas canónicas contribuyen igualmente al híbrido de resonancia, por lo que los tres enlaces de CO tienen la misma longitud.
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/7/70/Pi-Bond.svg/220px-Pi-Bond.svg.png)
Con la teoría de los orbitales moleculares, el eje triple se designa como el eje z de la molécula. Se forman tres enlaces σ superpuestos de los orbitales s, p x y p y en el átomo de carbono con el orbital p en cada átomo de oxígeno. Además, se forma un enlace π deslocalizado mediante la superposición del orbital p z en el átomo de carbono con el orbital p z en cada átomo de oxígeno que es perpendicular al plano de la molécula.
Tenga en cuenta que se pueden aplicar los mismos esquemas de unión al ion nitrato , NO 3 - , que es isoelectrónico con el ion carbonato.
De manera similar, la estructura simétrica doble de un grupo carboxilato , CO-
2, puede describirse como un híbrido de resonancia de dos formas canónicas en la teoría del enlace de valencia, o con 2 enlaces σ y un enlace π deslocalizado en la teoría de orbitales moleculares.
Compuestos relacionados
Ácidos oxocarbonados
Un anión oxocarbonado C
XOn -
ypuede verse como el resultado de eliminar todos los protones de un ácido correspondiente C x H n O y . Carbonato CO2−
3, por ejemplo, puede verse como el anión del ácido carbónico H 2 CO 3 . A veces, el "ácido" es en realidad un alcohol u otra especie; este es el caso, por ejemplo, del acetilendiolato C
2O2−
2eso produciría acetilendiol C 2 H 2 O 2 . Sin embargo, el anión es a menudo más estable que el ácido (como es el caso del carbonato); [1] ya veces se desconoce el ácido o se espera que sea extremadamente inestable (como es el caso del metanetetracarboxilato C (COO - ) 4 ).
Especies neutralizadas
Cada anión de oxocarbono C
XOn -
yEn principio, se puede combinar con la variante eléctricamente neutra (u oxidada ) C x O y , un oxocarburo ( óxido de carbono) con la misma composición y estructura excepto por la carga negativa. Sin embargo, por regla general, estos oxocarbonos neutros son menos estables que los aniones correspondientes. Así, por ejemplo, el anión carbonato estable corresponde al trióxido de carbono neutro CO _ { 3} extremadamente inestable ; [2] oxalato C
2O2−
4corresponden a la 1,2-dioxetanodiona C 2 O 4 aún menos estable ; [3] y el anión croconato estable C
5O2−
5corresponde a la ciclopentanepentona C 5 O 5 neutra , que sólo se ha detectado en cantidades traza. [4]
Variantes reducidas
Por el contrario, algunos aniones oxocarbonados pueden reducirse para producir otros aniones con la misma fórmula estructural pero mayor carga negativa. Así rhodizonate C
6O2−
6se puede reducir al anión C de tetrahidroxibenzoquinona (THBQ)
6O4−
6y luego al bencenohexolate C
6O6−
6. [5]
Anhídridos de ácido
Un anión oxocarbonado C
XOn -
ytambién se puede asociar con el anhídrido del ácido correspondiente. Este último sería otro oxocarbono de fórmula C x O y - n ⁄ 2 ; es decir, el ácido menos n ⁄ 2 moléculas de agua H2O. El ejemplo estándar es la conexión entre el carbonatoCO2−
3y dióxido de carbono CO 2 . La correspondencia no siempre está bien definida, ya que puede haber varias formas de realizar esta deshidratación formal, incluida la unión de dos o más aniones para formar un oligómero o polímero . A diferencia de la neutralización, esta deshidratación formal a veces produce oxocarbonos bastante estables, como el anhídrido melítico C 12 O 9 de mellitate C
12O6-
12vía ácido melítico C 12 H 6 O 12 [6] [7] [8]
Aniones hidrogenados
Para cada anión oxocarbono C
XOn -
yhay en principio n −1 aniones parcialmente hidrogenados con fórmulas H
kC
XO( n - k ) -
y, donde k varía de 1 an −1. Estos aniones generalmente se indican con los prefijos "hidrógeno" -, "dihidrógeno" -, "trihidrógeno" -, etc. Algunos de ellos, sin embargo, tienen nombres especiales: hidrogenocarbonato HCO-
3comúnmente se llama bicarbonato e hidrogenoxalato HC
2O-
4se conoce como binoxalato .
Los aniones hidrogenados pueden ser estables incluso si el ácido completamente protonado no lo es (como es el caso del bicarbonato).
Lista de aniones oxocarbonados
Aquí hay una lista incompleta de los aniones oxocarbonos conocidos o conjeturados
Diagrama | Fórmula | Nombre | Ácido | Anhídrido | Neutralizado |
---|---|---|---|---|---|
![]() | : CO2− 2 | carbonita | HCO 2 H | CO | CO 2 |
![]() | CO2− 3 | carbonato | CH 2 O 3 | CO 2 | CO 3 |
![]() | CO2− 4 | peroxocarbonato | CO 3 | CO 4 | |
![]() | CO4− 4 | ortocarbonato | C (OH) 4 metanetetrol | CO 2 | CO 4 |
![]() | C 2O2− 2 | acetilendiolato | C 2 H 2 O 2 acetilendiol | C 2 O 2 | |
![]() | C 2O2− 4 | oxalato | C 2 H 2 O 4 | C 2 O 3 , C 4 O 6 | C 2 O 4 |
![]() | C 2O2− 5 | dicarbonato | C 2 H 2 O 5 | C 2 O 4 | |
![]() | C 2O2− 6 | peroxodicarbonato | |||
![]() | C 3O2− 3 | deltar | C 3 O (OH) 2 | C 3 O 3 | |
![]() | C 3O2− 5 | mesoxalato | C 3 H 2 O 5 | ||
![]() | C 4O2− 4 | acetilendicarboxilato | C 4 H 2 O 4 | ||
![]() | C 4O2− 4 | cuadrado | C 4 O 2 (OH) 2 | C 4 O 4 | |
![]() | C 4O2− 6 | dioxosuccinato | C 4 H 2 O 6 | ||
![]() | C 5O2− 5 | croconato | C 5 O 3 (OH) 2 | C 5 O 5 | |
![]() | C 5O4− 8 | metanetetracarboxilato | C 5 H 4 O 8 | ||
![]() | C 6O2− 6 | rhodizonate | C 4 O 4 (COH) 2 | C 6 O 6 | |
![]() | C 6O4− 6 | benzoquinonetetraolate; Anión THBQ | (CO) 2 (COH) 4 THBQ | C 6 O 6 | |
![]() | C 6O6− 6 | bencenohexolato | C 6 (OH) 6 bencenohexol | C 6 O 6 | |
![]() | C 6O4− 8 | etilentetracarboxilato | C 6 H 4 O 8 | C 6 O 6 | |
![]() | C 8O4− 9 | furantetracarboxilato | C 8 H 4 O 9 | ||
![]() | C 10O4− 10 | benzoquinona tetracarboxilato | C10H4O10 | C10O8 | |
![]() | C 12O6- 12 | melitar | C 6 (COOH) 6 | C 12 O 9 |
Se han detectado varios otros aniones de oxocarbono en cantidades traza, como C
6O-
6, una versión ionizada de rhodizonate. [9]
Ver también
- Oxocarbono
- Silicato
- Percarbonato de sodio (en realidad, un carbonato perhidratado )
Referencias
- ^ "Estudios espectrales infrarrojos y de masas de hielo de H 2 O + CO 2 irradiado con protones : evidencia de ácido carbónico" , por Moore, MH; Khanna, RK
- ^ DeMore WB; Jacobsen CW (1969). "Formación de trióxido de carbono en la fotólisis del ozono en dióxido de carbono líquido". Revista de Química Física . 73 (9): 2935-2938. doi : 10.1021 / j100843a026 .
- ^ Herman F. Cordes; Herbert P. Richter; Carl A. Heller (1969). "Evidencia de espectrometría de masas de la existencia de 1,2-dioxetanediona (dímero de dióxido de carbono). Intermedio quimioluminiscente". Mermelada. Chem. Soc . 91 (25): 7209. doi : 10.1021 / ja01053a065 .
- ^ Schröder, Detlef; Schwarz, Helmut; Dua, Suresh; Blanksby, Stephen J .; Bowie, John H. (mayo de 1999). "Estudios de espectrometría de masas de los oxocarbonos C n O n ( n = 3-6)". Revista Internacional de Espectrometría de Masas . 188 (1–2): 17–25. Código Bibliográfico : 1999IJMSp.188 ... 17S . doi : 10.1016 / S1387-3806 (98) 14208-2 .
- ^ Haiyan Chen, Michel Armand, Matthieu Courty, Meng Jiang, Clare P. Gray, Franck Dolhem, Jean-Marie Tarascon y Philippe Poizot (2009), "Sal de litio de tetrahidroxibenzoquinona: hacia el desarrollo de una batería de iones de litio sostenible" Mermelada. Chem. Soc. , 131 (25), págs. 8984–8988 doi : 10.1021 / ja9024897
- ^ J. Liebig, F. Wöhler (1830), "Ueber die Zusammensetzung der Honigsteinsäure" Poggendorfs Annalen der Physik und Chemie , vol. 94, número 2, págs. 161-164. Se accedió a la versión en línea el 2009-07-08.
- ^ Meyer H, Steiner K (1913). "Über ein neues Kohlenoxyd C 12 O 9 (Un nuevo óxido de carbono C 12 O 9 )" . Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft . 46 : 813–815. doi : 10.1002 / cber.191304601105 .
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- ^ Richard B. Wyrwas y Caroline Chick Jarrold (2006), "Producción de C
6O-
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