carbonato -Carbonate

Carbonato
Modelo de bola y palo del anión carbonato
nombres
Nombre preferido de la IUPAC
Carbonato
Nombre IUPAC sistemático
trioxidocarbonato
Identificadores
Modelo 3D ( JSmol )
ChemSpider
UNII
  • InChI=1S/CH2O3/c2-1(3)4/h(H2,2,3,4)/p-2
    Clave: BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L
  • InChI=1/CH2O3/c2-1(3)4/h(H2,2,3,4)/p-2
    Clave: BVKZGUZCCUSVTD-NUQVWONBAE
  • C(=O)([O-])[O-]
Propiedades
CO2−
3
Masa molar 60.008  g·mol −1
Ácido conjugado Bicarbonato
Excepto donde se indique lo contrario, los datos se dan para los materiales en su estado estándar (a 25 °C [77 °F], 100 kPa).

Un carbonato es una sal del ácido carbónico (H 2 CO 3 ), caracterizada por la presencia del ion carbonato , un ion poliatómico de fórmula CO2−
3
. La palabra carbonato también puede referirse a un éster de carbonato , un compuesto orgánico que contiene el grupo carbonato C(=O)(O–) 2 .

El término también se usa como verbo para describir la carbonatación : el proceso de elevar las concentraciones de iones de carbonato y bicarbonato en el agua para producir agua carbonatada y otras bebidas carbonatadas, ya sea mediante la adición de gas de dióxido de carbono bajo presión o disolviendo carbonato o sales de bicarbonato en el agua.

En geología y mineralogía , el término "carbonato" puede referirse tanto a los minerales de carbonato como a la roca de carbonato (que está compuesta principalmente de minerales de carbonato), y ambos están dominados por el ion de carbonato, CO2−
3
. Los minerales de carbonato son extremadamente variados y ubicuos en las rocas sedimentarias precipitadas químicamente . Los más comunes son la calcita o carbonato de calcio , CaCO 3 , el principal constituyente de la piedra caliza (así como el componente principal de las conchas de moluscos y esqueletos de coral ); dolomita , un carbonato de calcio y magnesio CaMg(CO 3 ) 2 ; y siderita , o carbonato de hierro (II), FeCO 3 , un importante mineral de hierro . El carbonato de sodio ("soda" o "natrón") y el carbonato de potasio ("potasa") se han utilizado desde la antigüedad para la limpieza y conservación, así como para la fabricación de vidrio . Los carbonatos se utilizan ampliamente en la industria, como en la fundición de hierro, como materia prima para la fabricación de cemento Portland y cal , en la composición de esmaltes cerámicos , y más.

Estructura y unión

El ion carbonato es el anión oxocarbonado más simple . Consiste en un átomo de carbono rodeado por tres átomos de oxígeno , en un arreglo plano trigonal , con simetría molecular D 3h . Tiene una masa molecular de 60,01  g/mol y lleva una carga formal total de -2. Es la base conjugada del ion hidrogenocarbonato (bicarbonato) , HCO
3
, que es la base conjugada de H
2
CO
3
, ácido carbónico .

La estructura de Lewis del ion carbonato tiene dos enlaces simples (largos) con átomos de oxígeno negativos y un enlace doble corto con un átomo de oxígeno neutro.

Estructura de Lewis simple y localizada del ion carbonato

Esta estructura es incompatible con la simetría observada del ion, lo que implica que los tres enlaces tienen la misma longitud y que los tres átomos de oxígeno son equivalentes. Como en el caso del ion nitrato isoelectrónico , la simetría puede lograrse mediante una resonancia entre tres estructuras:

Estructuras de resonancia del ion carbonato.

Esta resonancia se puede resumir en un modelo con bonos fraccionarios y cargas deslocalizadas :

Deslocalización y cargas parciales en el ion carbonato. Modelo de relleno de espacio del ion carbonato.

Propiedades químicas

Los carbonatos metálicos generalmente se descomponen al calentarse, liberando dióxido de carbono del ciclo de carbono a largo plazo al ciclo de carbono a corto plazo y dejando atrás un óxido del metal. Este proceso se denomina calcinación , por calx , nombre en latín de cal viva u óxido de calcio , CaO, que se obtiene tostando piedra caliza en un horno de cal .

Una sal de carbonato se forma cuando un ion cargado positivamente, M+
, m2+
, o M3+
, se asocia con los átomos de oxígeno cargados negativamente del ion formando atracciones electrostáticas con ellos, formando un compuesto iónico :

millones+
+ CO2−
3
M
2
CO
3
METRO2+
+ CO2−
3
MCO
3
millones3+
+ 3  CO2−
3
M
2
(CO
3
)
3

La mayoría de las sales de carbonato son insolubles en agua a temperatura y presión estándar , con constantes de solubilidad de menos de1 × 10 −8 . Las excepciones incluyen carbonatos de litio , sodio , potasio , rubidio , cesio y amonio , así como muchos carbonatos de uranio .

En solución acuosa , carbonato, bicarbonato, dióxido de carbono y ácido carbónico existen juntos en un equilibrio dinámico . En condiciones fuertemente básicas predomina el ion carbonato, mientras que en condiciones débilmente básicas predomina el ion bicarbonato . En condiciones más ácidas, el dióxido de carbono acuoso , CO 2 (aq), es la forma principal que, con el agua, H 2 O, está en equilibrio con el ácido carbónico; el equilibrio se inclina fuertemente hacia el dióxido de carbono. Así , el carbonato de sodio es básico, el bicarbonato de sodio es débilmente básico, mientras que el dióxido de carbono en sí mismo es un ácido débil.

El agua carbonatada se forma disolviendo CO 2 en agua bajo presión. Cuando se reduce la presión parcial de CO 2 , por ejemplo cuando se abre una lata de refresco, el equilibrio para cada una de las formas de carbonato (carbonato, bicarbonato, dióxido de carbono y ácido carbónico) se desplaza hasta que la concentración de CO 2 en el solución es igual a la solubilidad del CO 2 a esa temperatura y presión. En los sistemas vivos, una enzima, la anhidrasa carbónica , acelera la interconversión de CO 2 y ácido carbónico.

Aunque las sales de carbonato de la mayoría de los metales son insolubles en agua, no ocurre lo mismo con las sales de bicarbonato. En solución, este equilibrio entre carbonato, bicarbonato, dióxido de carbono y ácido carbónico cambia constantemente según las condiciones cambiantes de temperatura y presión. En el caso de iones metálicos con carbonatos insolubles, como CaCO3 , se produce la formación de compuestos insolubles . Esta es una explicación de la acumulación de incrustaciones dentro de las tuberías causada por el agua dura .

Carbonato en la nomenclatura inorgánica

El nombre IUPAC del aditivo sistemático para el anión carbonato es trioxidocarbonato (2-). De manera similar, el anión cianuro CN se denomina nitrurocarbonato (1−). Sin embargo, siguiendo la misma lógica para el carbonato(4−) ( ácido ortocarbónico ), por similitud con el silicato(4−) ( ácido ortosilícico ), en la nomenclatura aditiva sistemática no tiene sentido ya que esta especie nunca ha sido identificada en condiciones normales de temperatura y presión El ácido ortocarbónico es energéticamente mucho menos estable que el ácido ortosilícico y no puede existir en condiciones normales debido a la configuración orbital energéticamente desfavorable de un solo átomo de carbono central unido a cuatro átomos de oxígeno.

Carbonatos organicos

En química orgánica, un carbonato también puede referirse a un grupo funcional dentro de una molécula más grande que contiene un átomo de carbono unido a tres átomos de oxígeno, uno de los cuales tiene un doble enlace. Estos compuestos también se conocen como organocarbonatos o ésteres de carbonato, y tienen la fórmula general ROCOOR' o RR'CO 3 . Los organocarbonatos importantes incluyen el carbonato de dimetilo , los compuestos cíclicos carbonato de etileno y carbonato de propileno , y el reemplazo del fosgeno, el trifosgeno .

Buffer

Tres reacciones reversibles controlan el equilibrio del pH de la sangre y actúan como un amortiguador para estabilizarlo en el rango de 7,37 a 7,43:

1. H ++ HCO
3
⇌ H2CO3 _ _
2. H 2 CO 3 ⇌ CO 2 (acuoso) + H 2 O
3. CO2 ( aq ) ⇌ CO2 ( g)

El CO 2 exhalado (g) agota el CO 2 (aq), que a su vez consume H 2 CO 3 , provocando el equilibrio de la primera reacción para tratar de restaurar el nivel de ácido carbónico al hacer reaccionar bicarbonato con un ion de hidrógeno, un ejemplo de Le Principio de Chatelier . El resultado es hacer que la sangre sea más alcalina (elevar el pH). Por el mismo principio, cuando el pH es demasiado alto, los riñones excretan bicarbonato ( HCO
3
) en la orina como urea a través del ciclo de la urea (o ciclo de la ornitina de Krebs-Henseleit). Al eliminar el bicarbonato, se genera más H + a partir del ácido carbónico (H 2 CO 3 ), que proviene del CO 2 (g) producido por la respiración celular .

Crucialmente, un amortiguador similar opera en los océanos. Es un factor importante en el cambio climático y el ciclo del carbono a largo plazo, debido a la gran cantidad de organismos marinos (especialmente los corales) que están hechos de carbonato de calcio. El aumento de la solubilidad del carbonato a través del aumento de las temperaturas da como resultado una menor producción de calcita marina y una mayor concentración de dióxido de carbono atmosférico. Esto, a su vez, aumenta la temperatura de la Tierra. La cantidad de CO2−
3
disponible está en una escala geológica y cantidades sustanciales pueden volver a disolverse en el mar y liberarse a la atmósfera, aumentando aún más los niveles de CO 2 .

sales de carbonato

  • Resumen de carbonato:

Presencia fuera de la Tierra

Generalmente se piensa que la presencia de carbonatos en la roca es una fuerte evidencia de la presencia de agua líquida. Las observaciones recientes de la nebulosa planetaria NGC 6302 muestran evidencia de carbonatos en el espacio, donde es poco probable una alteración acuosa similar a la de la Tierra. Se han propuesto otros minerales que se ajustarían a las observaciones.

Hasta hace poco , no se habían encontrado depósitos de carbonato en Marte a través de sensores remotos o misiones in situ, aunque los meteoritos marcianos contienen pequeñas cantidades. El agua subterránea pudo haber existido en Gusev y Meridiani Planum .

Ver también

Referencias

enlaces externos