kemien af kulstof er omfattende; dog er det meste af denne kemi ikke relevant for dette kapitel. De andre aspekter af kulstofkemien vises i kapitlet om organisk kemi. I dette kapitel vil vi fokusere på carbonation og beslægtede stoffer. Metallerne i gruppe 1 og 2, såvel som sinc, cadmium, kviksølv og bly(II), danner ioniske carbonater—forbindelser, der indeholder carbonatanionerne, {\tekst{CO}}_{3}^{2-}. Metallerne i gruppe 1, magnesium, calcium, strontiumog barium danner også hydrogencarbonater-forbindelser, der indeholder hydrogencarbonatanionen, {\tekst{HCO}}_{3}^{-}, også kendt som bicarbonat anion.

med undtagelse af magnesiumcarbonat er det muligt at fremstille carbonater af metallerne i gruppe 1 og 2 ved reaktionen af kulsyre med det respektive ilt eller hydroksid. Eksempler på sådanne reaktioner omfatter:

{\text{Na}}_{2}\text{O}\left(s\right)+{\text{CO}}_{2}\left(g\right)\longrightarrow{\text{Na}}_{2}{\text{CO}}_{3}\left(s\right)
\text{Ca}{\left(\text{OH}\right)}_{2}\left(s\right)+{\text{CO}}_{2}\left(g\right)\longrightarrow{\text{CaCO}}_{3}\left(s\right)+{\text{H}}_{2}\text{O}\left(l\right)p carbonaterne fra jordalkalimetallerne i gruppe 12 og bly(II) er ikke opløselige. Disse carbonater udfældes ved blanding af en opløsning af opløseligt alkalimetalcarbonat med en opløsning af opløselige salte af disse metaller. Eksempler på netto ioniske ligninger for reaktionerne er:

{\text{Ca}}^{2+}\left(aq\right)+{\text{CO}}_{3}{}^{2-}\left(aq\right)\longrightarrow{\text{CaCO}}_{3}\left(s\right)
{\text{Pb}}^{2+}\left(aq\right)+{\text{CO}}_{3}{}^{2-}\left(aq\right)\longrightarrow{\text{PbCO}}_{3}\left(s\right)

perler og skaller af de fleste bløddyr er calciumcarbonat. Tin (II) eller en af de trivalente eller tetravalente ioner såsom Al3+ eller Sn4+ opfører sig forskelligt i denne reaktion som kulsyre og den tilsvarende iltform i stedet for carbonatet.

Alkalimetalhydrogencarbonater, såsom NaHCO3 og CsHCO3, dannes ved at mætte en opløsning af hydroksiderne med kulsyre. Den net-Ioniske reaktion involverer hydroksidion og kulsyre:

{\text{OH}}^{-}\left(aq\right)+{\text{CO}}_{2}\left(aq\right)\longrightarrow{\text{HCO}}_{3}{}^{-}\left(aq\right)

det er muligt at isolere de faste stoffer ved fordampning af vandet fra opløsningen.

selvom de er uopløselige i rent vand, opløses jordalkalicarbonater let i vand indeholdende kulsyre, fordi der dannes hydrogencarbonatsalte. For eksempel dannes huler og synkehuller i kalksten, når CaCO3 opløses i vand indeholdende opløst kulsyre:

{\text{CaCO}}_{3}\left(s\right)+{\text{CO}}_{2}\left(aq\right)+{\text{H}}_{2}\text{O}\left(l\right)\longrightarrow{\text{Ca}}^{2+}\left(aq\right)+{\text{2HCO}}_{3}{}^{-}\left(aq\right)

hydrogencarbonater af jordalkalimetallerne forbliver stabile kun i opløsning; fordampning af opløsningen producerer carbonatet. Stalaktitter og stalagmitter, som dem, der er vist i Figur 1, dannes i huler, når dråber vand indeholdende opløst calciumhydrogencarbonat fordamper for at efterlade en deponering af calciumcarbonat.

de to carbonater, der anvendes kommercielt i de største mængder, er natriumcarbonat og calciumcarbonat. I USA ekstraheres natriumcarbonat fra mineralet trona, Na3(CO3)(HCO3)(H2O)2. Efter omkrystallisation for at fjerne ler og andre urenheder producerer opvarmning af den omkrystalliserede trona Na2CO3:

{\text{2Na}}_{3}\left({\text{CO}}_{3}\right)\left({\text{HCO}}_{3}\right){\left({\text{H}}_{2}\text{O}\right)}_{2}\left(s\right)\longrightarrow{\text{3Na}}_{2}{\text{CO}}_{3}\left(s\right)+{\text{5H}}_{2}\text{O}\left(l\right)+{\text{CO}}_{2}\left(g\right)

carbonater er moderat stærke baser. Vandige opløsninger er basiske, fordi carbonationen accepterer hydrogenion fra vand i denne reversible reaktion:

{\text{CO}}_{3}{}^{2-}\left(aq\right)+{\text{H}}_{2}\text{O}\left(l\right)\rightleftharpoons{\text{HCO}}_{3}{}^{-}\left(aq\right)+{\text{OH}}^{-}\left(aq\right)

carbonater reagerer med syrer for at danne salte af metallet, gasformigt kulsyre og vand. Reaktionen af calciumcarbonat, den aktive bestanddel af antacida Tums, med saltsyre (mavesyre), som vist i figur 2, illustrerer reaktionen:

{\text{CaCO}}_{3}\left(s\right)+\text{2HCl}\left(aq\right)\longrightarrow{\text{CaCl}}_{2}\left(aq\right)+{\text{CO}}_{2}\left(g\right)+{\text{H}}_{2}\text{O}\left(l\right)

andre anvendelser af carbonater omfatter glasfremstilling—hvor carbonationer tjener som kilde til ilteioner—og syntese af ilte.

hydrogencarbonater er amfotere, fordi de fungerer som både svage syrer og svage baser. Hydrogencarbonationer virker som syrer og reagerer med opløsninger af opløselige hydroksider til dannelse af et carbonat og vand:

{\text{KHCO}}_{3}\left(aq\right)+\text{KOH}\left(aq\right)\longrightarrow{\text{K}}_{2}{\text{CO}}_{3}\left(aq\right)+{\text{H}}_{2}\text{O}\left(l\right)

med syrer danner hydrogencarbonater et salt, kulsyre og vand. Bagepulver (bicarbonat af sodavand eller natriumbicarbonat) er natriumhydrogencarbonat. Bagepulver indeholder bagepulver og en fast syre, såsom kaliumhydrogentartrat (fløde af tandsten), KHC4H4O6. Så længe pulveret er tørt, forekommer der ingen reaktion; umiddelbart efter tilsætning af vand reagerer syren med hydrogencarbonationer for at danne kulsyre:

{\text{HC}}_{4}{\text{H}}_{4}{\text{O}}_{6}{}^{-}\left(aq\right)+{\text{HCO}}_{3}{}^{-}\left(aq\right)\longrightarrow{\text{C}}_{4}{\text{H}}_{4}{\text{O}}_{6}{}^{2-}\left(aq\right)+{\text{CO}}_{2}\left(g\right)+{\text{H}}_{2}\text{O}\left(l\right)

dejen vil fange kulsyre, får det til at ekspandere under bagning, producerer den karakteristiske tekstur af bagværk.

ordliste

bicarbonatanion: salt af hydrogencarbonationen, {\tekst{HCO}}_{3}{}^{-}

carbonat: salt af anionen {\tekst{CO}}_{3}{}^{2-}; ofte dannet ved reaktionen af kulsyre med baser

hydrogencarbonat: salt af kulsyre, H2CO3 (indeholdende anionen {\tekst{HCO}}_{3}{}^{-} ) i hvilken et hydrogenatom er blevet erstattet; et syrekarbonat; også kendt som bicarbonation