Chemia węgla jest obszerna; jednak większość tej chemii nie ma znaczenia w tym rozdziale. Inne aspekty chemii węgla pojawią się w rozdziale dotyczącym chemii organicznej. W tym rozdziale skupimy się na jonach węglanowych i związanych z nimi substancjach. Metale z grup 1 i 2, jak również cynk, kadm, rtęć i ołów(II), tworzą węglany jonowe—związki zawierające aniony węglanowe, {\text{CO}}_{3}^{2-}. Metale z grupy 1, magnez, wapń, stront i bar tworzą również wodorowęglany—związki zawierające anion wodorowęglanowy, {\text {HCO}}_{3}^{-}, znany również jako anion wodorowęglanowy.

z wyjątkiem węglanu magnezu możliwe jest wytwarzanie węglanów metali z grup 1 i 2 w reakcji dwutlenku węgla z odpowiednim tlenkiem lub wodorotlenkiem. Przykłady takich reakcji to:

{\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)

węglany metali ziem alkalicznych z grupy 12 i ołowiu(II) nie są rozpuszczalne. Węglany te wytrącają się po zmieszaniu roztworu rozpuszczalnego węglanu metali alkalicznych z roztworem rozpuszczalnych soli tych metali. Przykładami równań jonowych netto dla reakcji są:

{\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)

perły i muszle większości mięczaków to węglan wapnia. Cyna (II) lub jeden z trójwartościowych lub czterowartościowych jonów, takich jak Al3+ lub Sn4+, zachowują się inaczej w tej reakcji jako dwutlenek węgla i odpowiadający mu tlenek zamiast węglanu.

wodorowęglany metali alkalicznych, takie jak NaHCO3 i CsHCO3, tworzą się przez nasycenie roztworu wodorotlenków dwutlenkiem węgla. Reakcja jonowa netto obejmuje jon wodorotlenku i dwutlenek węgla:

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

możliwe jest odizolowanie ciał stałych przez odparowanie wody z roztworu.

chociaż są nierozpuszczalne w czystej wodzie, węglany ziem alkalicznych łatwo rozpuszczają się w wodzie zawierającej dwutlenek węgla, ponieważ tworzą się sole wodorowęglanowe. Na przykład jaskinie i zapadliska tworzą się w wapieniu, gdy CaCO3 rozpuszcza się w wodzie zawierającej rozpuszczony dwutlenek węgla:

{\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)

wodorowęglany metali ziem alkalicznych pozostają stabilne tylko w roztworze; odparowanie roztworu powoduje powstanie węglanu. Stalaktyty i stalagmity, takie jak te pokazane na fig.1, tworzą się w jaskiniach, gdy krople wody zawierające rozpuszczony wodorowęglan wapnia odparowują, pozostawiając osad węglanu wapnia.

dwa węglany stosowane w handlu w największych ilościach to węglan sodu i węglan wapnia. W Stanach Zjednoczonych węglan sodu jest ekstrahowany z minerału trona, NA3 (CO3)(HCO3) (H2O) 2. Po rekrystalizacji w celu usunięcia gliny i innych zanieczyszczeń, ogrzewanie rekrystalizowanej trony wytwarza 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)

węglany to umiarkowanie silne zasady. Roztwory wodne są zasadowe, ponieważ jon węglanowy przyjmuje jony wodorowe z wody w tej odwracalnej reakcji:

{\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)

węglany reagują z kwasami, tworząc sole metalu, gazowego dwutlenku węgla i wody. Reakcja węglanu wapnia, aktywnego składnika leków zobojętniających kwas żołądkowy, z kwasem solnym (kwasem żołądkowym), jak pokazano na fig. 2, ilustruje reakcję:

{\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)

Inne zastosowania węglanów obejmują wytwarzanie szkła-gdzie jony węglanowe służą jako źródło jonów tlenkowych-i syntezę tlenków.

wodorowęglany są amfoteryczne, ponieważ działają zarówno jako słabe kwasy, jak i słabe zasady. Jony wodorowęglanowe działają jak kwasy i reagują z roztworami rozpuszczalnych wodorotlenków, tworząc węglan i wodę:

{\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)

z kwasami wodorowęglany tworzą sól, dwutlenek węgla i wodę. Soda oczyszczona (wodorowęglan sody lub wodorowęglan sodu) jest wodorowęglanem sodu. Proszek do pieczenia zawiera sodę oczyszczoną i stały kwas, taki jak wodorowinian potasu (krem z kamienia nazębnego), KHC4H4O6. Dopóki proszek jest suchy, nie zachodzi żadna reakcja; natychmiast po dodaniu wody kwas reaguje z jonami wodorowęglanu, tworząc dwutlenek węgla:

{\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)

ciasto zatrzyma dwutlenek węgla, powodując jego rozszerzenie podczas pieczenia, tworząc charakterystyczną teksturę wypieków.

Słowniczek

anion wodorowęglanowy: sól jonu wodorowęglanu, {\text{HCO}}_{3}{}^{-}

węglan: sól anionu {\text{CO}}_{3}{}^{2-}; często powstaje w reakcji dwutlenku węgla z zasadami

wodorowęglanu: sól kwasu węglowego, H2CO3 (zawierająca anion {\text{HCO}}_{3}{}^{-} ) w którym zastąpiono jeden atom wodoru; kwaśny węglan; znany również jako Jon wodorowęglanowy