Cacbonat
Trong hóa học, cacbonat là một muối của axit cacbonic (H 2 CO 3 ), [2] được đặc trưng bởi sự hiện diện của ion cacbonat , một ion đa nguyên tử có công thức là CO2−
3. Tên cũng có thể đề cập đến một este cacbonat , một hợp chất hữu cơ có chứa nhóm cacbonat C (= O) (O–) 2 .
 | |
| Tên | |
|---|---|
| Tên IUPAC ưa thích Cacbonat | |
| Tên IUPAC có hệ thống Trioxidocacbonat [1] : 127 | |
| Định danh | |
| |
Mô hình 3D ( JSmol ) | |
| ChemSpider | |
PubChem CID | |
| UNII | |
| |
| |
| Tính chất | |
| CO2− 3 | |
| Khối lượng phân tử | 60,008 g · mol −1 |
| Axit liên hợp | Bicacbonat |
Trừ khi có ghi chú khác, dữ liệu được cung cấp cho các vật liệu ở trạng thái tiêu chuẩn của chúng (ở 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). | |
| Tham chiếu hộp thông tin | |
Thuật ngữ này cũng được sử dụng như một động từ, để mô tả quá trình cacbonat hóa : quá trình nâng cao nồng độ của các ion cacbonat và bicacbonat trong nước để sản xuất nước có ga và đồ uống có ga khác - bằng cách bổ sung khí cacbon đioxit dưới áp suất hoặc bằng cách hòa tan cacbonat. hoặc muối bicacbonat vào nước.
Trong địa chất và khoáng vật học , thuật ngữ "cacbonat" có thể dùng để chỉ các khoáng chất cacbonat và đá cacbonat (được tạo thành chủ yếu từ các khoáng chất cacbonat), và cả hai đều bị chi phối bởi ion cacbonat, CO.2−
3. Các khoáng chất cacbonat rất đa dạng và phổ biến trong đá trầm tích kết tủa về mặt hóa học . Phổ biến nhất là canxit hoặc canxi cacbonat , CaCO 3 , thành phần chính của đá vôi (cũng như thành phần chính của vỏ nhuyễn thể và bộ xương san hô ); dolomit , canxi-magie cacbonat CaMg (CO 3 ) 2 ; và siderit , hoặc sắt (II) cacbonat, FeCO 3 , một loại quặng sắt quan trọng . Natri cacbonat ("soda" hoặc "natron") và kali cacbonat ("bồ tạt") đã được sử dụng từ thời cổ đại để làm sạch và bảo quản, cũng như để sản xuất thủy tinh . Cacbonat được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, chẳng hạn như trong nấu chảy sắt, làm nguyên liệu cho sản xuất xi măng poóc lăng và vôi , trong thành phần của men gốm , v.v.
Cấu trúc và liên kết
Ion cacbonat là anion oxocacbon đơn giản nhất . Nó bao gồm một nguyên tử cacbon được bao quanh bởi ba nguyên tử oxy , trong một sắp xếp phẳng tam giác , với đối xứng phân tử D 3h . Nó có khối lượng phân tử là 60,01 g / mol và mang tổng điện tích chính thức là −2. Nó là cơ sở liên hợp của ion hydro cacbonat (bicacbonat) , HCO-
3, là cơ sở liên hợp của H
2CO
3, axit cacbonic .
Các cấu trúc Lewis của ion cacbonat có hai (dài) trái phiếu duy nhất để các nguyên tử oxy tiêu cực, và một liên kết đôi ngắn để một oxy trung lập.
Cấu trúc này không tương thích với tính đối xứng quan sát được của ion, điều này ngụ ý rằng ba liên kết dài như nhau và ba nguyên tử oxy là tương đương. Như trong trường hợp của ion nitrat đẳng điện tử , sự đối xứng có thể đạt được bằng sự cộng hưởng giữa ba cấu trúc:
Sự cộng hưởng này có thể được tóm tắt bằng một mô hình với các liên kết phân số và các điện tích phân định vị:
Tính chất hóa học
Các muối cacbonat kim loại thường bị phân hủy khi đun nóng, giải phóng cacbon đioxit từ chu trình cacbon dài hạn sang chu trình cacbon ngắn hạn và để lại một oxit của kim loại. [2] Quá trình này được gọi là nung , sau Calx , tên Latin của vôi hoặc canxi oxit , CaO, mà là thu được bằng cách nung đá vôi ở một lò vôi .
Muối cacbonat tạo thành khi một ion tích điện dương, M+
, M2+
, hoặc M3+
, liên kết với các nguyên tử oxy tích điện âm của ion bằng cách hình thành lực hút tĩnh điện với chúng, tạo thành một hợp chất ion :
- 2 M+
+ CO2−
3→ M
2CO
3
- M2+
+ CO2−
3→ MCO
3
- 2 M3+
+ 3 CO2−
3→ M
2(CO
3)
3
Hầu hết các muối cacbonat không hòa tan trong nước ở nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn , với hằng số hòa tan nhỏ hơn1 x 10 −8 . Các trường hợp ngoại lệ bao gồm cacbonat liti , natri , kali và amoni , cũng như nhiều cacbonat uranium .
Trong dung dịch nước , cacbonat, bicacbonat, cacbon đioxit và axit cacbonic tồn tại cùng nhau ở trạng thái cân bằng động . Ở điều kiện cơ bản mạnh, ion cacbonat chiếm ưu thế, trong khi ở điều kiện cơ bản yếu, ion bicacbonat chiếm ưu thế . Trong các điều kiện axit hơn, khí cacbonic dạng nước , CO 2 (aq), là dạng chính, với nước, H 2 O, ở trạng thái cân bằng với axit cacbonic - trạng thái cân bằng nằm mạnh về phía khí cacbonic. Do đó natri cacbonat là bazơ, natri bicacbonat là bazơ yếu, trong khi bản thân cacbon đioxit là một axit yếu.
Nước có ga được hình thành bằng cách hòa tan CO 2 trong nước dưới áp suất. Khi áp suất riêng phần của CO 2 giảm, ví dụ khi mở một lon nước ngọt, cân bằng cho từng dạng cacbonat (cacbonat, bicacbonat, cacbon đioxit và axit cacbonic) sẽ thay đổi cho đến khi nồng độ của CO 2 trong dung dịch bằng độ tan của CO 2 ở nhiệt độ và áp suất đó. Trong hệ thống sống, một loại enzyme, carbonic anhydrase , tăng tốc độ chuyển hóa giữa CO 2 và axit cacbonic.
Mặc dù muối cacbonat của hầu hết các kim loại không tan trong nước, điều này cũng không đúng với muối bicacbonat. Trong dung dịch, trạng thái cân bằng giữa cacbonat, bicacbonat, cacbon đioxit và axit cacbonic thay đổi liên tục theo điều kiện nhiệt độ và áp suất thay đổi. Trong trường hợp các ion kim loại với các muối cacbonat không hòa tan, chẳng hạn như CaCO 3 , tạo ra các hợp chất không hòa tan. Đây là lời giải thích cho việc đóng cặn bên trong đường ống do nước cứng gây ra .
Cacbonat trong danh pháp vô cơ
Tên IUPAC của chất phụ gia có hệ thống cho anion cacbonat là trioxidocacbonat (2−). [1] : 127 Tương tự, anion xyanua CN - được đặt tên là nitridocacbonat (1−). [1] : 291 Tuy nhiên, theo cùng một logic đối với cacbonat (4−) ( axit orthocacbonic ), giống với silicat (4−) ( axit orthosilicic ), trong danh pháp phụ gia hệ thống không có ý nghĩa gì vì loài này chưa bao giờ được xác định ở điều kiện nhiệt độ và áp suất bình thường. Axit orthocacbonic về mặt năng lượng kém bền hơn nhiều so với axit orthosilicic và không thể tồn tại trong điều kiện bình thường do cấu hình quỹ đạo bất lợi về mặt năng lượng của một nguyên tử cacbon trung tâm liên kết với bốn nguyên tử oxy. [1] : 287 [3]
Cacbonat hữu cơ
Trong hóa học hữu cơ, cacbonat cũng có thể đề cập đến một nhóm chức trong một phân tử lớn hơn có chứa một nguyên tử cacbon liên kết với ba nguyên tử oxy, một trong số đó là liên kết đôi. Những hợp chất này còn được gọi là cacbonat hữu cơ hoặc este cacbonat, và có công thức chung là ROCOOR ′, hoặc RR′CO 3 . Các muối cacbonat hữu cơ quan trọng bao gồm dimetyl cacbonat , các hợp chất mạch vòng etylen cacbonat và propylen cacbonat , và chất thay thế phosgene, triphosgene .
Đệm
Nó hoạt động như một chất đệm trong máu như sau: khi pH thấp, nồng độ của các ion hydro quá cao, vì vậy một người thở ra CO 2 . Điều này sẽ làm cho phương trình dịch chuyển sang trái, [ cần giải thích thêm ] về cơ bản làm giảm nồng độ của ion H + , gây ra độ pH cơ bản hơn.
Khi pH quá cao, nồng độ ion hydro trong máu quá thấp, do đó thận bài tiết bicarbonate ( HCO-
3). Điều này làm cho phương trình chuyển sang phải, về cơ bản làm tăng nồng độ của các ion hydro, gây ra độ pH có tính axit hơn.
Ba phản ứng thuận nghịch quan trọng kiểm soát sự cân bằng pH ở trên: [4]
- H 2 CO 3 ⇌ H + + HCO-
3
- H 2 CO 3 ⇌ CO 2 + H 2 O
- CO 2 (aq) ⇌ CO 2 (g)
CO 2 thoát ra (g) làm cạn kiệt CO 2 (aq), từ đó tiêu thụ H 2 CO 3 , gây ra sự chuyển dịch nói trên còn lại trong phản ứng đầu tiên theo nguyên lý Le Châtelier . Theo nguyên tắc tương tự, khi độ pH quá cao, thận sẽ bài tiết bicarbonate ( HCO-
3) vào nước tiểu dưới dạng urê thông qua chu trình urê (hoặc chu trình Krebs-Henseleit ornithine). Bằng cách loại bỏ bicacbonat, nhiều H + được tạo ra từ axit cacbonic (H 2 CO 3 ), từ CO 2 (g) được tạo ra bởi quá trình hô hấp tế bào .
Điều quan trọng, bộ đệm tương tự này hoạt động trong các đại dương. Đây là yếu tố chính gây ra biến đổi khí hậu và chu kỳ carbon dài hạn, do số lượng lớn các sinh vật biển (đặc biệt là san hô) được hình thành từ canxi cacbonat. Khả năng hòa tan của cacbonat tăng lên thông qua nhiệt độ tăng dẫn đến việc sản xuất canxit biển thấp hơn và tăng nồng độ cacbon điôxít trong khí quyển. Điều này làm tăng nhiệt độ Trái đất. Trọng tải của CO2−
3ở quy mô địa chất và tất cả có thể được hòa tan lại vào biển và giải phóng vào khí quyển, làm tăng mức CO 2 nhiều hơn. [ cần dẫn nguồn ]
Muối cacbonat
- Tổng quan về cacbonat:
Hiện diện bên ngoài Trái đất
Người ta thường cho rằng sự hiện diện của cacbonat trong đá là bằng chứng mạnh mẽ cho sự hiện diện của nước lỏng. Các quan sát gần đây về tinh vân hành tinh NGC 6302 cho thấy bằng chứng về các muối cacbonat trong không gian, [5] nơi mà sự biến đổi chất lỏng tương tự như trên Trái đất là khó xảy ra. Các khoáng chất khác đã được đề xuất phù hợp với các quan sát.
Cho đến gần đây, trầm tích cacbonat vẫn chưa được tìm thấy trên sao Hỏa thông qua các sứ mệnh viễn thám hoặc tại chỗ, mặc dù các thiên thạch trên sao Hỏa chứa một lượng nhỏ. Nước ngầm có thể đã tồn tại ở Gusev [6] và Meridiani Planum . [7]
Xem thêm
- Nắp cacbonat
- Axit orthocacbonic , H
4CO
4, hoặc C (OH)
4, một phân tử không ổn định theo giả thuyết - Oxalat
- Peroxocacbonat
- Natri percacbonat
Người giới thiệu
- ^ a b c d Liên minh Hóa học Ứng dụng và Tinh khiết Quốc tế (2005). Danh pháp Hóa học Vô cơ (Khuyến nghị IUPAC 2005). Cambridge (Anh): RSC - IUPAC . ISBN 0-85404-438-8 . Phiên bản điện tử.
- ^ a b Chisholm, Hugh, biên tập. (Năm 1911). . Encyclopædia Britannica (ấn bản thứ 11). Nhà xuất bản Đại học Cambridge.
- ^ Al-Shemali Musstafa; Boldyre Alexander I (2002). "Tìm kiếm ion orthocacbonat: Nghiên cứu đầu tiên của Na 4 CO 4 ". J. Vật lý. Chèm. Một . 106 (38): 8951–8954. Mã bib : 2002JPCA..106.8951A . doi : 10.1021 / jp020207 + .
- ^ "Bản sao lưu trữ" . Bản gốc lưu trữ ngày 27 tháng 7 năm 2011 . Lấy 2010/09/05 .CS1 duy trì: bản sao lưu trữ dưới dạng tiêu đề ( liên kết )
- ^ Kemper, F., Molster, FJ, Jager, C. and Waters, LBFM (2001) Thành phần khoáng chất và phân bố không gian của bụi phóng ra NGC 6302. Thiên văn học & Vật lý thiên văn 394 , 679–690.
- ^ Squyres, SW; et al. (2007). "Hoạt động Pyroclastic tại Tấm Nhà ở Miệng núi lửa Gusev, Sao Hỏa" (PDF) . Khoa học . 316 (5825): 738–742. Mã bib : 2007Sci ... 316..738S . doi : 10.1126 / khoa.1139045 . hdl : 2060/2000016011 . PMID 17478719 . S2CID 9687521 .
- ^ Squyres, SW; et al. (Năm 2006). "Tổng quan về Nhiệm vụ Rover Thám hiểm Sao Hỏa Cơ hội tới Meridiani Planum: Miệng núi lửa Đại bàng tới Ripple Luyện ngục" (PDF) . Tạp chí Nghiên cứu Địa vật lý: Các hành tinh . 111 (E12): n / a. Mã bib : 2006JGRE..11112S12S . doi : 10.1029 / 2006JE002771 . hdl : 1893/17165 .
liện kết ngoại
- Cân bằng cacbonat / bicacbonat / axit cacbonic trong nước: pH của dung dịch, dung lượng đệm, chuẩn độ và phân bố loài so với pH được tính bằng bảng tính miễn phí
- "Cacbonat" . Từ điển.com . Truy cập ngày 5 tháng 4 năm 2014 .