kolens kemi är omfattande; emellertid är det mesta av denna kemi inte relevant för detta kapitel. De andra aspekterna av kolens kemi kommer att visas i kapitlet om organisk kemi. I detta kapitel kommer vi att fokusera på karbonatjonen och relaterade ämnen. Metallerna i grupperna 1 och 2, liksom zink, kadmium, kvicksilver och bly(II), bildar Joniska karbonater-föreningar som innehåller karbonatanjonerna, {\text{CO}}_{3}^{2-}. Metallerna i Grupp 1, magnesium, kalcium, strontium och barium bildar också vätekarbonater-föreningar som innehåller vätekarbonatanjonen, {\text{HCO}}_{3}^{-}, Även känd som bikarbonatanjonen.

med undantag för magnesiumkarbonat är det möjligt att framställa karbonater av metallerna i grupperna 1 och 2 genom reaktion av koldioxid med respektive oxid eller hydroxid. Exempel på sådana reaktioner är:

{\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)

karbonaterna av jordalkalimetallerna i Grupp 12 och bly(II) är inte lösliga. Dessa karbonater fälls ut vid blandning av en lösning av lösligt alkalimetallkarbonat med en lösning av lösliga salter av dessa metaller. Exempel på nettojoniska ekvationer för reaktionerna är:

{\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)

pärlor och skalen hos de flesta blötdjur är kalciumkarbonat. Tenn (II) eller en av de trivalenta eller tetravalenta jonerna såsom Al3+ eller Sn4+ beter sig annorlunda i denna reaktion som koldioxid och motsvarande oxidform istället för karbonatet.

Alkalimetallvätekarbonater såsom NaHCO3 och CsHCO3 bildas genom att mätta en lösning av hydroxiderna med koldioxid. Nettojonisk reaktion innefattar hydroxidjon och koldioxid:

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

det är möjligt att isolera de fasta ämnena genom avdunstning av vattnet från lösningen.

Även om de är olösliga i rent vatten, löses jordalkaliska karbonater lätt i vatten som innehåller koldioxid eftersom vätekarbonatsalter bildas. Till exempel bildas grottor och sjunkhål i kalksten när CaCO3 löses upp i vatten innehållande upplöst koldioxid:

{\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)

Vätekarbonater av jordalkalimetallerna förblir stabila endast i lösning; avdunstning av lösningen ger karbonatet. Stalaktiter och stalagmiter, som de som visas i Figur 1, bildas i grottor när droppar vatten innehållande upplöst kalciumvätekarbonat avdunstar för att lämna en deponering av kalciumkarbonat.

de två karbonater som används kommersiellt i de största mängderna är natriumkarbonat och kalciumkarbonat. I USA extraheras natriumkarbonat från mineralet trona, Na3(CO3) (HCO3) (H2O)2. Efter omkristallisation för att avlägsna lera och andra föroreningar, uppvärmning av den omkristalliserade trona producerar 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)

karbonater är måttligt starka baser. Vattenlösningar är grundläggande eftersom karbonatjonen accepterar vätejon från vatten i denna reversibla 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)

karbonater reagerar med syror för att bilda salter av metallen, gasformig koldioxid och vatten. Reaktionen av kalciumkarbonat, den aktiva ingrediensen i antacida Tums, med saltsyra (magsyra), som visas i Figur 2, illustrerar 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)

andra tillämpningar av karbonater inkluderar glastillverkning-där karbonatjoner tjänar som en källa till oxidjoner—och syntes av oxider.

Vätekarbonater är amfotera eftersom de fungerar som både svaga syror och svaga baser. Vätekarbonatjoner fungerar som syror och reagerar med lösningar av lösliga hydroxider för att bilda ett karbonat och vatten:

{\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 syror bildar vätekarbonater ett salt, koldioxid och vatten. Bakpulver (bikarbonat eller natriumbikarbonat) är natriumvätekarbonat. Bakpulver innehåller bakpulver och en fast syra, såsom kaliumvätetartrat (kräm av tartar), KHC4H4O6. Så länge pulvret är torrt inträffar ingen reaktion; omedelbart efter tillsats av vatten reagerar syran med vätekarbonatjonerna för att bilda koldioxid:

{\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)

degen kommer att fånga koldioxiden, vilket får den att expandera under bakning, vilket ger den karakteristiska strukturen hos bakverk.

ordlista

bikarbonatanjon: salt av vätekarbonatjonen, {\text{HCO}}_{3}{}^{-}

karbonat: salt av anjonen {\text{CO}}_{3}{}^{2-}; ofta bildas genom reaktion av koldioxid med baser

vätekarbonat: salt av kolsyra, H2CO3 (innehållande anjonen {\text{HCO}}_{3}{}^{-} ) i vilken en väteatom har ersatts; ett surt karbonat; även känd som bikarbonatjon