Карбонат
 Карбонат-анион | |
 Резонансная структура карбонат- аниона | |
 | |
| Имена | |
|---|---|
| Предпочтительное название ИЮПАК Карбонат | |
| Систематическое название ИЮПАК Триоксидокарбонат [1] : 127 | |
| Идентификаторы | |
3D model ( JSmol ) | |
| ХимическийПаук | |
ПабХим CID | |
| НЕКОТОРЫЙ | |
| Характеристики | |
| СО 2− 3 | |
| Молярная масса | 60.008 g·mol −1 |
| Конъюгатная кислота | Бикарбонат |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |
Карбонат – это соль угольной кислоты , H2CO3 CO3, [2] характеризуется наличием карбонат-иона , многоатомного иона с формулой СО 2- 3 . Слово «карбонат» может также относиться к сложному эфиру карбоната , органическому соединению, содержащему карбонатную группу. О=С(-О-) 2 .
Этот термин также используется как глагол для описания карбонизации : процесса повышения концентрации ионов карбоната и бикарбоната в воде для производства газированной воды и других газированных напитков – либо путем добавления углекислого газа под давлением, либо путем растворения карбоната или бикарбонатные соли в воду.
В геологии и минералогии термин «карбонат» может относиться как к карбонатным минералам , так и к карбонатной породе (которая состоит в основном из карбонатных минералов), и в обеих преобладает карбонат-ион. СО 2- 3 . Карбонатные минералы чрезвычайно разнообразны и повсеместно распространены в химически осажденных осадочных породах . Наиболее распространены кальцит или карбонат кальция , CaCO 3 , основной компонент известняка (а также основной компонент раковин моллюсков и скелетов кораллов ); доломит , карбонат кальция и магния СаMg(CO 3 ) 2 ; и сидерит , или карбонат железа(II) , FeCO 3 , важная железная руда . Карбонат натрия («сода» или «натрон»), Na 2 CO 3 и карбонат калия («поташ»), K 2 CO 3 , использовались с древности для очистки и консервации, а также для изготовления стекла . Карбонаты широко используются в промышленности, например, при выплавке чугуна, в качестве сырья для производства портландцемента и извести , в составе керамических глазурей и т.д. Новые применения карбонатов щелочных металлов включают: хранение тепловой энергии, [3] [4] катализ [5] и электролит как в технологии топливных элементов [6] а также при электросинтезе H 2 O 2 в водных средах. [7]
Структура и связь [ править ]
Карбонат-ион — простейший оксоуглеродный анион . Он состоит из одного атома углерода , окруженного тремя атомами кислорода , в тригональном плоском расположении, с D 3h молекулярной симметрией . Он имеет молекулярную массу 60,01 г/моль и несет общий формальный заряд -2. Это сопряженное основание гидрокарбоната (бикарбоната). [8] ион, HCO − 3 , которое является сопряженным основанием H 2 CO 3 , угольная кислота .
Структура Льюиса карбонат-иона имеет две (длинные) одинарные связи с отрицательными атомами кислорода и одну короткую двойную связь с нейтральным атомом кислорода.
Эта структура несовместима с наблюдаемой симметрией иона, которая подразумевает, что три связи имеют одинаковую длину и что три атома кислорода эквивалентны. Как и в случае с изоэлектронным нитрат -ионом, симметрия может быть достигнута за счет резонанса между тремя структурами:
Этот резонанс можно резюмировать моделью с дробными связями и делокализованными зарядами:
Химические свойства [ править ]
Карбонаты металлов обычно разлагаются при нагревании, выделяя углекислый газ, оставляя после себя оксид металла. [2] Этот процесс называется кальцинированием , по оксида латинскому названию негашеной извести или кальция СаО, который получается путем обжига известняка в известняковой печи :
- СаСО 3 → СаО + СО 2
Как показывает его близость к Что 2+ карбонат является лигандом для многих катионов металлов. Карбонатные и бикарбонатные комплексы переходных металлов содержат ионы металлов, ковалентно связанные с карбонатом различными способами связи.
Карбонаты лития , натрия , калия , рубидия , цезия и аммония являются водорастворимыми солями, но карбонаты ионов 2+ и 3+ часто плохо растворимы в воде. Из нерастворимых карбонатов металлов CaCO 3 важен, поскольку в виде накипи он накапливается в трубах и препятствует потоку через них. жесткая вода Источником этого материала является .
Подкисление карбонатов обычно приводит к высвобождению углекислого газа :
- CaCO 3 + 2 HCl → CaCl 2 + CO 2 + H 2 O
Таким образом, накипь можно удалить кислотой.
В растворе равновесие между карбонатом, бикарбонатом, углекислым газом и угольной кислотой чувствительно к pH, температуре и давлению. Хотя двух- и трехвалентные карбонаты имеют низкую растворимость, бикарбонатные соли растворимы гораздо лучше. Эта разница связана с несопоставимыми энергиями решетки твердых тел, состоящих из моно- и дианионов, а также моно- и дидикатионов.
В водном растворе карбонат, бикарбонат, углекислый газ и угольная кислота находятся в динамическом равновесии . В сильноосновных условиях преобладает карбонат-ион, а в слабоосновных – бикарбонат- ион. В более кислых условиях водный раствор углекислого газа CO 2 (водный) — основная форма, которая вместе с водой H 2 O находится в равновесии с угольной кислотой – равновесие преимущественно находится в сторону углекислого газа. Так , карбонат натрия является основным, бикарбонат натрия — слабоосновным, а сам углекислый газ — слабой кислотой.
Органические карбонаты [ править ]
В органической химии карбонат также может относиться к функциональной группе внутри более крупной молекулы, которая содержит атом углерода, связанный с тремя атомами кислорода, один из которых имеет двойную связь. Эти соединения также известны как органокарбонаты или сложные эфиры карбонатов и имеют общую формулу. R-O-C(=O)-O-R' , или РР'КО 3 . Важные органокарбонаты включают диметилкарбонат , циклические соединения этиленкарбонат и пропиленкарбонат , а также заменитель фосгена трифосген .
Буфер [ править ]
Три обратимые реакции контролируют баланс pH крови и действуют как буфер для его стабилизации в диапазоне 7,37–7,43: [9] [10]
- ЧАС + + HCO − 3 ⇌ H 2 CO 3
- H 2 CO 3 ⇌ CO 2 (водн.) + H 2 O
- CO 2 (водн.) ⇌ CO 2 (г)
Выдохнул CO 2 (г) истощает CO 2 (водн.) , который, в свою очередь, потребляет H 2 CO 3 , вызывая равновесие первой реакции, пытаясь восстановить уровень угольной кислоты путем реакции бикарбоната с ионом водорода, пример принципа Ле Шателье . В результате кровь становится более щелочной (повышается pH). По такому же принципу при слишком высоком рН почки выделяют бикарбонат ( HCO - 3 ) в мочу в виде мочевины через цикл мочевины (или орнитиновый цикл Кребса-Хенселейта). Удалив бикарбонат, более ЧАС + образуется из угольной кислоты ( H 2 CO 3 ), который поступает из CO 2 (г), вырабатываемый клеточным дыханием . [11]
Важно отметить, что аналогичный буфер действует и в океанах. Это основной фактор изменения климата и долгосрочного углеродного цикла из-за большого количества морских организмов (особенно кораллов), которые состоят из карбоната кальция. Повышенная растворимость карбоната из-за повышения температуры приводит к снижению производства морского кальцита и увеличению концентрации углекислого газа в атмосфере. Это, в свою очередь, повышает температуру Земли. Сумма Доступный CO 2− 3 находится в геологическом масштабе, и значительные его количества могут в конечном итоге повторно раствориться в море и выбрасываться в атмосферу, увеличивая Уровень CO 2 еще больше. [12]
Карбонатные соли [ править ]
- Обзор карбонатов:
Присутствие за пределами Земли [ править ]
Обычно считается, что присутствие карбонатов в горных породах является убедительным доказательством присутствия жидкой воды. Недавние наблюдения планетарной туманности NGC 6302 свидетельствуют о наличии карбонатов в космосе. [13] где изменение водной среды, подобное земному, маловероятно. Были предложены и другие минералы, которые соответствовали бы наблюдениям.
До недавнего времени на Марсе не было обнаружено месторождений карбоната с помощью дистанционного зондирования или миссий на месте, хотя марсианские метеориты содержат небольшое его количество. Подземные воды могли существовать в Гусеве [14] и Меридиани Планум [15]
См. также [ править ]
- Шапочные карбонаты
- Ортоугольная кислота , H 4 CO 4 , или C(OH) 4 , гипотетическая нестабильная молекула.
- оксалат
- Пероксокарбонат
- Перкарбонат натрия
Ссылки [ править ]
- ^ Международный союз теоретической и прикладной химии (2005). Номенклатура неорганической химии (Рекомендации ИЮПАК 2005 г.). Кембридж (Великобритания): RSC – IUPAC . ISBN 0-85404-438-8 . Электронная версия.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Чисхолм, Хью , изд. (1911). . Британская энциклопедия (11-е изд.). Издательство Кембриджского университета.
- ^ Наваррете, Н.; Нитиянантам, У.; Эрнандес, Л.; Мондрагон, Р. (01 марта 2022 г.). «Расплавленные карбонатные смеси K2CO3–Li2CO3 и их наножидкости для хранения тепловой энергии: обзор литературы» . Материалы для солнечной энергии и солнечные элементы . 236 : 111525. doi : 10.1016/j.solmat.2021.111525 . hdl : 10234/196651 . ISSN 0927-0248 . S2CID 245455194 .
- ^ Ламбрехт, Микаэль; Гарсиа-Мартин, Густаво; де Мигель, Мария Тереза; Ласанта, Мария Исабель; Перес, Франсиско Хавьер (01 августа 2023 г.). «Температурная зависимость высокотемпературной коррозии сплава на основе никеля в расплавленных карбонатах для применения в концентрированной солнечной энергии» . Коррозионная наука . 220 : 111262. Бибкод : 2023Corro.22011262L . дои : 10.1016/j.corsci.2023.111262 . ISSN 0010-938X .
- ^ Хаякава, Мамико; Таширо, Кенширо; Сумия, Дайки; Аояма, Тадаши (18 июня 2023 г.). «Простые методы синтеза N-замещенных акриламидов с использованием Na 2 CO 3 /SiO 2 или NaHSO 4 /SiO 2» . Синтетические коммуникации . 53 (12): 883–892. дои : 10.1080/00397911.2023.2201454 . ISSN 0039-7911 . S2CID 258197818 .
- ^ Милевский, Ярослав; Вейржановский, Томаш; Фунг, Куан Цзун; Щшняк, Аркадиуш; Свика, Кароль; Цай, Шу-И; Дыбинский, Олаф; Скибински, Якуб; Тан, Джих-Ю; Шабловский, Лукаш (21 апреля 2021 г.). «Поддержка ионной проводимости расплавленного карбонатного электролита Li2CO3/K2CO3 с помощью матрицы циркония, стабилизированной иттрием» . Международный журнал водородной энергетики . Международный семинар по расплавленным карбонатам и смежным темам 2019 (IWMC2019). 46 (28): 14977–14987. doi : 10.1016/j.ijhydene.2020.12.073 . ISSN 0360-3199 . S2CID 234180559 .
- ^ Анодная генерация пероксида водорода в непрерывном потоке, DOI: 10.1039/D2GC02575B (бумага) Green Chem., 2022, 24 , 7931-7940.
- ^ Номенклатура неорганической химии Рекомендации ИЮПАК 2005 г. (PDF) , ИЮПАК, стр. 137, заархивировано (PDF) из оригинала 18 мая 2017 г.
- ^ «Химическое вещество недели — биологические буферы» . Архивировано из оригинала 21 июля 2011 г. Проверено 5 сентября 2010 г.
- ^ Кислотно-щелочная регуляция и расстройства в «Руководство по диагностике и терапии Merck». Профессиональном издании
- ^ Сильверторн, Ди Унглауб (2016). Физиология человека. Комплексный подход (Седьмое, Глобальное изд.). Харлоу, Англия: Пирсон. стр. 607–608, 666–673. ISBN 978-1-292-09493-9 .
- ^ МГЭИК (2019). «Резюме для политиков» (PDF) . Специальный доклад МГЭИК об океане и криосфере в условиях меняющегося климата . стр. 3–35.
- ^ Кемпер, Ф., Молстер, Ф.Дж., Джагер, К. и Уотерс, LBFM (2001) Минеральный состав и пространственное распределение пылевых выбросов NGC 6302. Astronomy & Astrophysicals 394 , 679–690.
- ^ Сквайрс, Юго-Запад; и др. (2007). «Пирокластическая активность на Домашней плите в кратере Гусева, Марс» (PDF) . Наука . 316 (5825): 738–742. Бибкод : 2007Sci...316..738S . дои : 10.1126/science.1139045 . hdl : 2060/20070016011 . ПМИД 17478719 . S2CID 9687521 . Архивировано (PDF) из оригинала 22 сентября 2017 г.
- ^ Сквайрс, Юго-Запад; и др. (2006). «Обзор миссии марсохода Opportunity к плато Меридиани: от кратера Орла до пульсации чистилища» (PDF) . Журнал геофизических исследований: Планеты . 111 (E12): н/д. Бибкод : 2006JGRE..11112S12S . дои : 10.1029/2006JE002771 . hdl : 1893/17165 . Архивировано (PDF) из оригинала 8 августа 2017 г.
Внешние ссылки [ править ]
