La chimica del carbonio è ampia; tuttavia, la maggior parte di questa chimica non è pertinente a questo capitolo. Gli altri aspetti della chimica del carbonio appariranno nel capitolo riguardante la chimica organica. In questo capitolo, ci concentreremo sullo carbonate carbonato e sulle sostanze correlate. I metalli dei gruppi 1 e 2, così come zinco, cadmio, mercurio e piombo(II), formano carbonati ionici—composti che contengono gli anioni carbonatici, {\text{CO}}_{3}^{2-}. I metalli del gruppo 1, magnesio, calcio, stronzio e bario formano anche carbonati di idrogeno—composti che contengono l’anione di idrogeno carbonato, {\text {HCO}}_{3}^{-}, conosciuto anche come l’anione bicarbonato.

Ad eccezione del carbonato di magnesio, è possibile preparare i carbonati dei metalli dei gruppi 1 e 2 mediante la reazione dell’anidride carbonica con il rispettivo ossido o idrossido. Esempi di tali reazioni includono:

{\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)

I carbonati alcalino-terrosi di gruppo 12 e piombo(II) non sono solubili. Questi carbonati precipitano mescolando una soluzione di carbonato di metallo alcalino solubile con una soluzione di sali solubili di questi metalli. Esempi di ionica netta equazioni per le reazioni sono:

{\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)

le Perle e i gusci dei molluschi più sono carbonato di calcio. Lo stagno (II) o uno degli ioni trivalenti o tetravalenti come Al3+ o Sn4+ si comportano diversamente in questa reazione come anidride carbonica e la corrispondente forma di ossido al posto del carbonato.

Carbonati di idrogeno di metalli alcalini come NaHCO3 e CsHCO3 si formano saturando una soluzione degli idrossidi con anidride carbonica. Ionica netta reazione comporta idrossido di litio e di biossido di carbonio:

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

è possibile isolare i solidi mediante evaporazione di acqua dalla soluzione.

Sebbene siano insolubili in acqua pura, i carbonati alcalino-terrosi si dissolvono facilmente in acqua contenente anidride carbonica perché si formano sali di idrogeno carbonato. Per esempio, grotte e doline forma di calcare quando CaCO3 si scioglie in acqua contenente anidride carbonica disciolta:

{\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)

Idrogeno carbonati alcalino-terrosi rimangono stabili solo in soluzione; l’evaporazione della soluzione produce il carbonato. Stalattiti e stalagmiti, come quelle mostrate in Figura 1, si formano nelle grotte quando gocce d’acqua contenenti idrogeno carbonato di calcio disciolto evaporano per lasciare un deposito di carbonato di calcio.

I due carbonati utilizzati commercialmente nelle maggiori quantità sono carbonato di sodio e carbonato di calcio. Negli Stati Uniti, il carbonato di sodio viene estratto dal minerale trona, Na3(CO3)(HCO3)(H2O)2. Dopo la ricristallizzazione per rimuovere l’argilla e altre impurità, il riscaldamento del trona ricristallizzato produce 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)

i Carbonati sono moderatamente basi forti. Le soluzioni acquose sono fondamentali perché lo carbonate carbonato accetta lo hydrogen idrogeno dall’acqua in questa reazione reversibile:

{\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)

I carbonati reagiscono con gli acidi per formare sali del metallo, anidride carbonica gassosa e acqua. La reazione del carbonato di calcio, il principio attivo dell’antiacido Tums, con acido cloridrico (acido dello stomaco), come mostrato in Figura 2 illustra la reazione:

{\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)

Altre applicazioni di carbonati includono vetro—dove ione carbonato servire come fonte di ioni di ossido—e la sintesi di ossidi.

I carbonati di idrogeno sono anfoteri perché agiscono sia come acidi deboli che come basi deboli. Gli ioni bicarbonato di agire come acidi e reagire con soluzioni solubili idrossidi per formare carbonato di acqua:

{\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)

Con acidi, carbonato di idrogeno forma un sale, anidride carbonica e acqua. Il bicarbonato di sodio (bicarbonato di sodio o bicarbonato di sodio) è idrogeno carbonato di sodio. Il lievito contiene bicarbonato di sodio e un acido solido come il tartrato di idrogeno di potassio (crema di tartaro), KHC4H4O6. Finché la polvere è secca, non si verifica alcuna reazione; immediatamente dopo l’aggiunta di acqua, l’acido reagisce con gli ioni di idrogeno carbonato per formare anidride carbonica:

{\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)

Pasta sarà intrappolare l’anidride carbonica, provocando l’espansione durante la cottura, producendo la caratteristica consistenza dei prodotti da forno.

Glossario

anione bicarbonato: sale di idrogeno carbonato di litio, {\text{HCO}}_{3}{}^{-}

carbonato di: sale dell’anione {\text{CO}}_{3}{}^{2-}; spesso si formano dalla reazione dell’anidride carbonica con le basi

l’idrogeno carbonato di: sale di acido carbonico, H2CO3 (contenenti l’anione {\text{HCO}}_{3}{}^{-} ) in cui un atomo di idrogeno è stato sostituito; un carbonato acido, noto anche come il bicarbonato di ioni