Carbonato -Carbonate
nomes | |
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Nome IUPAC preferido
Carbonato |
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Nome IUPAC sistemático
Trioxidocarbonato |
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Identificadores | |
Modelo 3D ( JSmol )
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ChemSpider | |
PubChem CID
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UNII | |
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Propriedades | |
CO2-3 _ |
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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).
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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
2CO
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.
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:
Essa ressonância pode ser resumida por um modelo com ligações fracionárias e cargas deslocalizadas :
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
2CO
3
-
M2+
+ CO2-3
_→ MCO
3
- 2M _ 3+
+ 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
- Cap carbonatos
-
Ácido ortocarbônico , H
4CO
4, ou C(OH)
4, uma hipotética molécula instável - Oxalato
- Peroxocarbonato
- percarbonato de sódio
Referências
links externos
- Equilíbrio carbonato/bicarbonato/ácido carbônico em água: pH de soluções, capacidade tampão, titulação e distribuição de espécies vs. pH calculado com uma planilha gratuita
- "Carbonato" . Dictionary . com . Acesso em 5 de abril de 2014 .