de chemie van koolstof is uitgebreid; de meeste van deze chemie is echter niet relevant voor dit hoofdstuk. De andere aspecten van de chemie van koolstof komen aan bod in het hoofdstuk over organische chemie. In dit hoofdstuk zullen we ons richten op het carbonaation en aanverwante stoffen. De metalen van de groepen 1 en 2, evenals zink, cadmium, kwik en lood(II), vormen Ionische carbonaten—verbindingen die de carbonaatanionen bevatten, {\text{CO}}_{3}^{2-}. De metalen van groep 1, magnesium, calcium, strontium en barium vormen ook waterstofcarbonaten—verbindingen die het waterstofcarbonaatanion bevatten, {\text{HCO}}_{3}^{-}, ook bekend als het bicarbonaat anion.

met uitzondering van magnesiumcarbonaat is het mogelijk carbonaten van de metalen van de groepen 1 en 2 te bereiden door de reactie van kooldioxide met het desbetreffende oxide of hydroxide. Voorbeelden van dergelijke reacties zijn:

{\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)

De carbonaten van de aardalkalimetalen van de groep 12 en lood(II) zijn niet oplosbaar. Deze carbonaten storten neer bij het mengen van een oplossing van oplosbaar alkalimetaalcarbonaat met een oplossing van oplosbare zouten van deze metalen. Voorbeelden van de netto-ionogene vergelijkingen voor de reacties zijn:

{\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)

de Parels en de schelpen van de meeste weekdieren zijn calcium carbonaat. Tin(II) of een van de trivalente of tetravalente ionen zoals Al3+ of Sn4+ gedraagt zich in deze reactie anders als koolstofdioxide en de overeenkomstige oxidevorm in plaats van het carbonaat.

Alkalimetaalwaterstofcarbonaten zoals NaHCO3 en CsHCO3 worden gevormd door een oplossing van de hydroxiden te verzadigen met kooldioxide. De netto-ionreactie omvat hydroxide-ion en kooldioxide:

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

Het is mogelijk de vaste stoffen te isoleren door verdamping van het water uit de oplossing.

hoewel ze onoplosbaar zijn in zuiver water, lossen alkalische aardcarbonaten gemakkelijk op in water dat kooldioxide bevat, omdat er waterstofcarbonaatzouten ontstaan. Bijvoorbeeld, grotten en sinkholes formulier in kalksteen wanneer CaCO3 lost op in water met opgeloste kooldioxide:

{\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)

Waterstof carbonaten van de aardalkalimetalen stabiel blijven alleen in oplossing; door verdamping van de oplossing ontstaat het carbonaat. Stalactieten en stalagmieten, zoals in Figuur 1, vormen zich in grotten wanneer druppels water met opgelost calciumwaterstofcarbonaat verdampen om een afzetting calciumcarbonaat achter te laten.

de twee carbonaten die commercieel in de grootste hoeveelheden worden gebruikt, zijn natriumcarbonaat en calciumcarbonaat. In de Verenigde Staten wordt natriumcarbonaat gewonnen uit het mineraal trona, Na3 (CO3)(HCO3) (H2O) 2. Na herkristallisatie om klei en andere onzuiverheden te verwijderen, produceert verhitting van de herkristalliseerde 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)

Carbonaten zijn matig sterke basen. Waterige oplossingen zijn basisch omdat het carbonaation waterstofion uit water opneemt in deze omkeerbare reactie:

{\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)

carbonaten reageren met zuren om zouten van het metaal, gasvormige kooldioxide en water te vormen. De reactie van calciumcarbonaat, het werkzame bestanddeel van de maagzuurremmer Tums, met zoutzuur (maagzuur), zoals weergegeven in Figuur 2 illustreert de reactie:

{\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)

Andere toepassingen van carbonaten zijn het maken van glas—waar carbonaat ionen dienen als een bron van de oxide-ionen—en synthese van metaaloxide.

Waterstofcarbonaten zijn amfoterisch omdat ze zowel als zwakke zuren als als zwakke basen werken. Hydrogeen-carbonaat ionen fungeren als zuren en reageren met oplossingen van oplosbare hydroxiden om een carbonaat en water:

{\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)

Met zuren, waterstof carbonaten vorm van een zout, koolstofdioxide en water. Baking soda (bicarbonaat van soda of natriumbicarbonaat) is natriumwaterstofcarbonaat. Bakpoeder bevat zuiveringszout en een vast zuur zoals kaliumwaterstoftartraat (crème van tandsteen), KHC4H4O6. Zolang het poeder droog is, treedt er geen reactie op; onmiddellijk na de toevoeging van water reageert het zuur met de waterstofcarbonaationen om koolstofdioxide te vormen:

{\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)

het Deeg zal val de kooldioxide, waardoor het uit tijdens het bakken, het produceren van de karakteristieke structuur van gebakken goederen.

Woordenlijst

bicarbonaat anion: zout van het waterstofcarbonaat-ion, {\text{HCO}}_{3}{}^{-}

carbonaat: zout van het anion {\text{CO}}_{3}{}^{2-}; vaak gevormd door de reactie van kooldioxide met basen

waterstofcarbonaat: koolzuurzout, H2CO3 (met het anion {\text{HCO}}_{3}{}^{-} ) waarin één waterstofatoom is vervangen; zuurcarbonaat; ook bekend als bicarbonaation