18.6 Tilvist, framleiðsla og eiginleikar karbónata

Efnafræði kolefnis er umfangsmikil, en stærstur hluti hennar á ekki við í þessum kafla. Fjallað verður um aðrar hliðar efnafræði kolefnis í kaflanum um lífræna efnafræði. Í þessum kafla einbeitum við okkur að karbónatjóninni og skyldum efnum. Málmar í flokkum 1 og 2, auk sinks, kadmíums, kvikasilfurs og blýs(II), mynda jónísk karbónöt, þ.e. efnasambönd sem innihalda karbónatjónina, CO₃²⁻. Málmar í flokki 1, magnesíum, kalsíum, strontíum og baríum mynda einnig vetniskarbónöt, þ.e. efnasambönd sem innihalda vetniskarbónatjónina, HCO₃⁻, sem einnig kallast bíkarbónatjón.

Að magnesíumkarbónati undanskildu er hægt að framleiða karbónöt málma í flokkum 1 og 2 með hvarfi koltvíoxíðs við viðkomandi oxíð eða hýdroxíð. Dæmi um slík hvörf eru:

Karbónöt jarðalkalímálma, málma í flokki 12 og blýs(II) eru illleysanleg. Þessi karbónöt falla út þegar lausn af leysanlegu alkalímálmkarbónati er blandað við lausn af leysanlegum söltum þessara málma. Dæmi um nettójónajöfnur fyrir þessi hvörf eru:

Perlur og skeljar flestra lindýra eru úr kalsíumkarbónati. Tin(II) og þrí- eða fjórgildar jónir, svo sem Al³⁺ eða Sn⁴⁺, hegða sér öðruvísi í þessu hvarfi; þá myndast koltvíoxíð og samsvarandi oxíð í stað karbónatsins.

Vetniskarbónöt alkalímálma, svo sem NaHCO₃ og CsHCO₃, myndast þegar lausn hýdroxíðanna er mettuð með koltvíoxíði. Nettójónajafnan felur í sér hýdroxíðjón og koltvíoxíð:

Hægt er að einangra föstu efnin með því að láta vatnið gufa upp úr lausninni.

Þótt karbónöt jarðalkalímálma séu óleysanleg í hreinu vatni leysast þau auðveldlega í vatni sem inniheldur koltvíoxíð, vegna þess að vetniskarbónatsölt myndast. Til dæmis myndast hellar og svelgir í kalksteini þegar CaCO₃ leysist upp í vatni sem inniheldur uppleyst koltvíoxíð:

Vetniskarbónöt jarðalkalímálma eru aðeins stöðug í lausn; við uppgufun lausnarinnar myndast karbónatið. Dropsteinar, svo sem stalaktítar og stalagmítar á mynd 18.30, myndast í hellum þegar vatnsdropar sem innihalda uppleyst kalsíumvetniskarbónat gufa upp og skilja eftir útfellingu af kalsíumkarbónati.

Þau tvö karbónöt sem mest eru notuð í iðnaði eru natríumkarbónat og kalsíumkarbónat. Í Bandaríkjunum er natríumkarbónat unnið úr steindinni trónu, Na₃(CO₃)(HCO₃)(H₂O)₂. Eftir endurkristöllun til að fjarlægja leir og önnur óhreinindi er endurkristölluð tróna hituð og þá myndast Na₂CO₃:

Karbónöt eru miðlungssterkir basar. Vatnslausnir þeirra eru basískar vegna þess að karbónatjónin tekur við vetnisjón frá vatni í þessu afturkræfa hvarfi:

Karbónöt hvarfast við sýrur og mynda sölt málmsins, koltvíoxíðgas og vatn. Hvarf kalsíumkarbónats, virka efnisins í sýrubindandi lyfinu Tums, við saltsýru (magasýru), eins og sýnt er á mynd 18.31, sýnir þetta hvarf:

Önnur notkun karbónata er meðal annars í glergerð, þar sem karbónatjónir eru uppspretta oxíðjóna, og við framleiðslu oxíða.

Vetniskarbónatjónir eru tvíhegða vegna þess að þær geta verkað bæði sem veikar sýrur og veikir basar. Þær verka sem sýrur og hvarfast við lausnir leysanlegra hýdroxíða þannig að karbónat og vatn myndast:

Með sýrum mynda vetniskarbónöt salt, koltvíoxíð og vatn. Matarsódi er natríumvetniskarbónat (einnig kallað natríumbíkarbónat). Lyftiduft inniheldur matarsóda og fasta sýru á borð við kalíumvetnistartrat (vínsteinsduft), KHC₄H₄O₆. Svo lengi sem duftið er þurrt á sér ekkert hvarf stað; strax þegar vatni er bætt við hvarfast sýran við vetniskarbónatjónirnar og myndar koltvíoxíð:

Deigið heldur koltvíoxíðinu inni, sem veldur því að það þenst út við bakstur og gefur bakaðri vöru dæmigerða áferð.