chimia carbonului este extinsă; cu toate acestea, cea mai mare parte a acestei chimii nu este relevantă pentru acest capitol. Celelalte aspecte ale chimiei carbonului vor apărea în capitolul care acoperă chimia organică. În acest capitol, ne vom concentra pe ionul carbonat și substanțele conexe. Metalele grupelor 1 și 2, precum și ZINCUL, cadmiul, mercurul și plumbul(II) formează carbonați ionici—compuși care conțin anionii carbonați, {\text{CO}}_{3}^{2-}. Metalele din grupa 1, magneziu, calciu, stronțiu și bariu formează, de asemenea, carbonați de hidrogen—compuși care conțin anionul carbonat acid, {\text{HCO}}_{3}^{-}, cunoscut și sub numele de anion bicarbonat.

cu excepția carbonatului de magneziu, este posibil să se prepare carbonații metalelor din grupele 1 și 2 prin reacția dioxidului de carbon cu oxidul sau hidroxidul respectiv. Exemple de astfel de reacții includ:

{\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 carbonații metalelor alcalino-pământoase din grupa 12 și plumbul (II) nu sunt solubili. Acești carbonați precipită la amestecarea unei soluții de carbonat de metal alcalin solubil cu o soluție de săruri solubile ale acestor metale. Exemple de ecuații ionice nete pentru reacții sunt:

{\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)p perlele și cojile majorității moluștelor sunt carbonatul de calciu. Staniu (II) sau unul dintre ionii trivalenți sau tetravalenți, cum ar fi Al3+ sau Sn4+, se comportă diferit în această reacție, deoarece dioxidul de carbon și oxidul corespunzător se formează în locul carbonatului.

carbonații de hidrogen din metale alcaline, cum ar fi NaHCO3 și CsHCO3, se formează prin saturarea unei soluții de hidroxizi cu dioxid de carbon. Reacția Ionică netă implică ionul hidroxid și dioxidul de carbon:

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

este posibil să se izoleze solidele prin evaporarea apei din soluție.

deși sunt insolubili în apă pură, carbonații alcalino-pământoși se dizolvă ușor în apă care conține dioxid de carbon, deoarece se formează săruri de carbonat acid. De exemplu, peșterile și dolinele se formează în calcar atunci când CaCO3 se dizolvă în apă care conține dioxid de carbon dizolvat:

{\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)

carbonații de hidrogen ai metalelor alcalino-pământoase rămân stabili numai în soluție; evaporarea soluției produce carbonatul. Stalactitele și stalagmitele, precum cele prezentate în Figura 1, se formează în peșteri atunci când picăturile de apă care conțin carbonat acid de calciu dizolvat se evaporă pentru a lăsa un depozit de carbonat de calciu.

cei doi carbonați utilizați comercial în cele mai mari cantități sunt carbonatul de sodiu și carbonatul de calciu. În Statele Unite, carbonatul de sodiu este extras din mineralul trona, Na3(CO3)(HCO3)(H2O)2. După recristalizare pentru a îndepărta argila și alte impurități, încălzirea trona recristalizată 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)p

carbonații sunt baze moderat puternice. Soluțiile apoase sunt de bază, deoarece ionul carbonat acceptă ionul de hidrogen din apă în această reacție reversibilă:

{\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)

carbonații reacționează cu acizii pentru a forma săruri ale metalului, dioxid de carbon gazos și apă. Reacția carbonatului de calciu, ingredientul activ al tumurilor antiacide, cu acid clorhidric (acid gastric), așa cum se arată în Figura 2, ilustrează reacția:

{\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)p alte aplicații ale carbonaților includ fabricarea sticlei – unde ionii de carbonat servesc ca sursă de ioni de oxid—și sinteza oxizilor.

carbonații de hidrogen sunt amfoteri deoarece acționează atât ca acizi slabi, cât și ca baze slabe. Ionii de carbonat acid acționează ca acizi și reacționează cu soluții de hidroxizi solubili pentru a forma un carbonat și apă:

{\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)p

cu acizi, carbonații de hidrogen formează o sare, dioxid de carbon și apă. Bicarbonatul de sodiu (bicarbonat de sodiu sau bicarbonat de sodiu) este carbonat acid de sodiu. Praful de copt conține bicarbonat de sodiu și un acid solid, cum ar fi tartratul de hidrogen de potasiu (cremă de tartru), KHC4H4O6. Atâta timp cât pulberea este uscată, nu apare nicio reacție; imediat după adăugarea apei, acidul reacționează cu ionii de carbonat acid pentru a forma dioxid de carbon:

{\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)p aluatul va prinde dioxidul de carbon, determinându-l să se extindă în timpul coacerii, producând textura caracteristică a produselor coapte.

Glosar

anion bicarbonat: sarea ionului carbonat acid, {\text{HCO}}_{3}{}^{-}

carbonat: sarea anionului {\text{CO}}_{3}{}^{2-}; adesea format prin reacția dioxidului de carbon cu baze

carbonat acid: sarea acidului carbonic, H2CO3 (conținând anionul {\text{HCO}}_{3}{}^{-} ) în care un atom de hidrogen a fost înlocuit; un carbonat acid; de asemenea, cunoscut sub numele de Ion bicarbonat