Carbonato -Carbonate

Carbonato
Modelo bola e bastão do ânion carbonato
nomes
Nome IUPAC preferido
Carbonato
Nome IUPAC sistemático
Trioxidocarbonato
Identificadores
Modelo 3D ( JSmol )
ChemSpider
UNII
  • InChI=1S/CH2O3/c2-1(3)4/h(H2,2,3,4)/p-2
    Chave: BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L
  • InChI=1/CH2O3/c2-1(3)4/h(H2,2,3,4)/p-2
    Chave: BVKZGUZCCUSVTD-NUQVWONBAE
  • C(=O)([O-])[O-]
Propriedades
CO2-3
_
Massa molar 60,008  g·mol −1
ácido conjugado Bicarbonato
Exceto quando indicado de outra forma, os dados são fornecidos para materiais em seu estado padrão (a 25 °C [77 °F], 100 kPa).

Um carbonato é um sal de ácido carbônico (H 2 CO 3 ), caracterizado pela presença do íon carbonato , um íon poliatômico de fórmula CO2-3
_
. A palavra carbonato também pode se referir a um éster carbonato , um composto orgânico contendo o grupo carbonato C(=O)(O–) 2 .

O termo também é usado como um verbo, para descrever a carbonatação : o processo de elevar as concentrações de íons de carbonato e bicarbonato na água para produzir água carbonatada e outras bebidas carbonatadas – seja pela adição de gás carbônico sob pressão ou pela dissolução de carbonato ou sais de bicarbonato na água.

Em geologia e mineralogia , o termo "carbonato" pode se referir tanto a minerais de carbonato quanto a rocha carbonática (que é composta principalmente de minerais de carbonato), e ambos são dominados pelo íon carbonato, CO2-3
_
. Minerais carbonáticos são extremamente variados e onipresentes em rochas sedimentares precipitadas quimicamente . Os mais comuns são a calcita ou carbonato de cálcio , CaCO 3 , o principal constituinte do calcário (bem como o principal componente das conchas dos moluscos e esqueletos de coral ); dolomita , um carbonato de cálcio e magnésio CaMg(CO 3 ) 2 ; e siderita , ou carbonato de ferro (II), FeCO 3 , um importante minério de ferro . O carbonato de sódio ("soda" ou "natron") e o carbonato de potássio ("potassa") são usados ​​desde a antiguidade para limpeza e preservação, bem como para a fabricação de vidro . Os carbonatos são amplamente utilizados na indústria, como na fundição de ferro, como matéria-prima para a fabricação de cimento Portland e cal , na composição de esmaltes cerâmicos , entre outros.

Estrutura e ligação

O íon carbonato é o ânion oxocarbono mais simples . Consiste em um átomo de carbono rodeado por três átomos de oxigênio , em um arranjo trigonal planar , com simetria molecular D 3h . Tem uma massa molecular de 60,01  g/mol e carrega uma carga formal total de -2. É a base conjugada do íon hidrogenocarbonato (bicarbonato) , HCO
3
, que é a base conjugada do H
2
CO
3
, ácido carbônico .

A estrutura de Lewis do íon carbonato tem duas ligações simples (longas) a átomos de oxigênio negativos e uma ligação dupla curta a um átomo de oxigênio neutro.

Estrutura de Lewis simples e localizada do íon carbonato

Esta estrutura é incompatível com a simetria observada do íon, o que implica que as três ligações são do mesmo comprimento e que os três átomos de oxigênio são equivalentes. Como no caso do íon nitrato isoeletrônico , a simetria pode ser alcançada por uma ressonância entre três estruturas:

Estruturas de ressonância do íon carbonato

Essa ressonância pode ser resumida por um modelo com ligações fracionárias e cargas deslocalizadas :

Deslocalização e cargas parciais no íon carbonato Modelo de preenchimento espacial do íon carbonato

Propriedades quimicas

Os carbonatos de metal geralmente se decompõem com o aquecimento, liberando dióxido de carbono do ciclo de carbono de longo prazo para o ciclo de carbono de curto prazo e deixando para trás um óxido do metal. Esse processo é chamado de calcinação , depois de calx , nome latino da cal virgem ou óxido de cálcio , CaO, que é obtido pela torrefação do calcário em um forno de cal .

Um sal de carbonato se forma quando um íon carregado positivamente, M+
, M2+
, ou M3+
, associa-se aos átomos de oxigênio carregados negativamente do íon formando atrações eletrostáticas com eles, formando um composto iônico :

2M+
+ CO2-3
_
M
2
CO
3
M2+
+ CO2-3
_
MCO
3
2M3+
3CO2-3
_
M
2
(CO
3
)
3

A maioria dos sais de carbonato são insolúveis em água à temperatura e pressão padrão , com constantes de solubilidade inferiores a1 × 10 −8 . As exceções incluem carbonatos de lítio , sódio , potássio , rubídio , césio e amônio , bem como muitos carbonatos de urânio .

Em solução aquosa , carbonato, bicarbonato, dióxido de carbono e ácido carbônico existem juntos em um equilíbrio dinâmico . Em condições fortemente básicas, o íon carbonato predomina, enquanto em condições fracamente básicas, o íon bicarbonato é predominante. Em condições mais ácidas, o dióxido de carbono aquoso , CO 2 (aq), é a forma principal, que, com a água, H 2 O, está em equilíbrio com o ácido carbônico – o equilíbrio é fortemente direcionado ao dióxido de carbono. Assim , o carbonato de sódio é básico, o bicarbonato de sódio é fracamente básico, enquanto o próprio dióxido de carbono é um ácido fraco.

A água carbonatada é formada pela dissolução de CO 2 em água sob pressão. Quando a pressão parcial de CO 2 é reduzida, por exemplo, quando uma lata de refrigerante é aberta, o equilíbrio para cada uma das formas de carbonato (carbonato, bicarbonato, dióxido de carbono e ácido carbônico) muda até que a concentração de CO 2 no solução é igual à solubilidade do CO 2 naquela temperatura e pressão. Nos sistemas vivos, uma enzima, a anidrase carbônica , acelera a interconversão de CO 2 e ácido carbônico.

Embora os sais de carbonato da maioria dos metais sejam insolúveis em água, o mesmo não ocorre com os sais de bicarbonato. Em solução, esse equilíbrio entre carbonato, bicarbonato, dióxido de carbono e ácido carbônico muda constantemente de acordo com as condições variáveis ​​de temperatura e pressão. No caso de íons metálicos com carbonatos insolúveis, como CaCO 3 , ocorre a formação de compostos insolúveis. Esta é uma explicação para o acúmulo de calcário dentro dos canos causado pela água dura .

Carbonato na nomenclatura inorgânica

O nome IUPAC do aditivo sistemático para o ânion carbonato é trioxidocarbonato(2−). Da mesma forma, o ânion cianeto CN é denominado nitridocarbonato(1−). Porém, seguindo a mesma lógica do carbonato(4−) ( ácido ortocarbônico ), por semelhança ao silicato(4−) ( ácido ortossilícico ), na nomenclatura aditiva sistemática não faz sentido pois esta espécie nunca foi identificada em condições normais de temperatura e pressão. O ácido ortocarbônico é energeticamente muito menos estável que o ácido ortossilícico e não pode existir em condições normais devido à configuração orbital energeticamente desfavorável de um único átomo de carbono central ligado a quatro átomos de oxigênio.

carbonatos orgânicos

Em química orgânica, um carbonato também pode se referir a um grupo funcional dentro de uma molécula maior que contém um átomo de carbono ligado a três átomos de oxigênio, um dos quais é duplamente ligado. Esses compostos também são conhecidos como organocarbonatos ou ésteres de carbonato, e possuem a fórmula geral ROCOOR', ou RR'CO 3 . Organocarbonatos importantes incluem carbonato de dimetila , os compostos cíclicos carbonato de etileno e carbonato de propileno e o substituto do fosgênio, o trifosgênio .

Amortecedor

Três reações reversíveis controlam o equilíbrio do pH do sangue e atuam como um tampão para estabilizá-lo na faixa de 7,37 a 7,43:

1. H + + HCO
3
⇌ H 2 CO 3
2. H 2 CO 3 ⇌ CO 2 (aq) + H 2 O
3. CO 2 (aq) ⇌ CO 2 (g)

O CO 2 (g) exalado esgota o CO 2 (aq), que por sua vez consome H 2 CO 3 , fazendo com que o equilíbrio da primeira reação tente restaurar o nível de ácido carbônico por meio da reação do bicarbonato com um íon de hidrogênio, um exemplo de Le Princípio de Châtelier . O resultado é tornar o sangue mais alcalino (aumentar o pH). Pelo mesmo princípio, quando o pH é muito alto, os rins excretam bicarbonato ( HCO
3
) na urina como ureia através do ciclo da ureia (ou ciclo da ornitina de Krebs-Henseleit). Ao remover o bicarbonato, mais H + é gerado a partir do ácido carbônico (H 2 CO 3 ), que vem do CO 2 (g) produzido pela respiração celular .

Crucialmente, um tampão semelhante opera nos oceanos. É um fator importante nas mudanças climáticas e no ciclo de carbono de longo prazo, devido ao grande número de organismos marinhos (especialmente corais) que são feitos de carbonato de cálcio. O aumento da solubilidade do carbonato através do aumento das temperaturas resulta em menor produção de calcita marinha e aumento da concentração de dióxido de carbono atmosférico. Isso, por sua vez, aumenta a temperatura da Terra. A quantidade de CO2-3
_
disponível é em escala geológica e quantidades substanciais podem eventualmente ser redissolvidas no mar e liberadas na atmosfera, aumentando ainda mais os níveis de CO 2 .

sais de carbonato

  • Visão geral do carbonato:

Presença fora da Terra

Geralmente se pensa que a presença de carbonatos na rocha é uma forte evidência da presença de água líquida. Observações recentes da nebulosa planetária NGC 6302 mostram evidências de carbonatos no espaço, onde a alteração aquosa semelhante à da Terra é improvável. Outros minerais foram propostos que se encaixariam nas observações.

Até recentemente , depósitos de carbonato não foram encontrados em Marte por meio de sensoriamento remoto ou missões in situ, embora os meteoritos marcianos contenham pequenas quantidades. A água subterrânea pode ter existido em Gusev e Meridiani Planum .

Veja também

Referências

links externos