Węglany

Struktura jonu węglanowego ( zaznaczona powyżej na niebiesko ) z 3 równoważnymi atomami tlenu. Poniżej: Struktura estru kwasu węglowego. Grupa węglanowa jest zaznaczona na niebiesko . R ¹ i R ² są alkilowe lub arylowe rodników. W przypadku półestru, R ² = H.

Węglany (język techniczny) lub węglany to nieorganiczne sole i organiczne estry z definicji nieorganicznego kwasu węglowego (H ₂ CO ₃ ). Z kwasu biprotonicznego (dwuzasadowego) pochodzą dwie serie soli, a mianowicie wodorowęglany , zwane również pierwotnymi węglanami, o ogólnym wzorze M ^I HCO ₃ i drugorzędowe węglany o ogólnym wzorze M ^I ₂ CO ₃ . Wtórne węglany są oparte na podwójnie naładowanym ujemnie jonie węglanowym CO ₃ ²⁻ .

Estry kwasu węglowego o ogólnym wzorze strukturalnym R ¹ -O - C (= O) -O - R ² , w którym R ¹ i R ^{2 są} zawierające atom węgla alkilowe lub arylowe rodniki, zwane również węglany i są opisane w węglowy estry kwasowe . Polimerowe węglany mają ogólny wzór strukturalny (O - R - O - C (= O) -) _n i są traktowane poliwęglanami .

Estry kwasu ortowęglowego o wzorze strukturalnym C (OR) _{4 pochodzą} od kwasu ortowęglowego (C (OH) ₄ ), który nie występuje w postaci wolnej .

nieruchomości

Anion węglanowy jest całkowicie płaski, z kątami wiązania 120 ° pomiędzy poszczególnymi atomami tlenu . Odległości wszystkich trzech atomów O do centralnego atomu węgla są takie same i około 130 μm leżą  między długością pojedynczych wiązań CO (143 μm) i podwójnych wiązań C = O (123 μm).

Węglany są solami jonowymi, a zatem w temperaturze pokojowej zwykle stanowią krystaliczne ciała stałe. Anion węglanowy nie wprowadza własnego koloru do związków, więc ich kolor może być określony przez odpowiedni kation . Węglany są bezwonne. Z wyjątkiem węglanów metali alkalicznych są one tylko słabo rozpuszczalne w wodzie, tak że większość jonów metali wytrąca się w roztworze wodnym, gdy reagują z węglanami alkalicznymi.

Występowanie

Węglany występują wszędzie w przyrodzie, głównie w postaci różnych minerałów . W systematyce minerałów według Strunza (wydanie 9) tworzą one wspólną klasę minerałów wraz z powiązanymi azotanami . W przestarzałej 8. edycji systemu Strunza oraz w systemie minerałów Dana stosowanym w świecie anglojęzycznym do klasy zaliczane są również borany .

Do ważnych lub dobrze znanych przedstawicieli węglanów należy węglan baru witeryt ; z węglanów wapnia, aragonit , kalcytu i waterytu ; syderyt węglanu żelaza ( żelazny dźwigar ); zasadowy węglan miedzi węglany azuryt i malachit ; węglan magnezu magnezyt ; manganu węglan rodochrozyt ( manganu dźwigar ); z węglanami sodu gaylussyt , Natrit , Pirssonit , węglan sodu i trony The cynku węglan smithsonit ( kalamin ) i bastnazyt jako surowiec do produkcji metali ziem rzadkich . Dalszymi przedstawicielami rodziny węglanów są dolomit ( węglan wapniowo-magnezowy ) i „potaż” ( węglan potasu ), który w przyrodzie znany jest jedynie jako mieszanina substancji . Całkowita ilość węgla zawartego w litosferze wynosi około 2,9 · 10 ¹⁶  t .

Ponadto hydrosfera oceanów, jezior i rzek zawiera również duże ilości rozpuszczonych węglanów, a prawie wszystkie żywe istoty zawierają rozpuszczone węglany lub wykorzystują nierozpuszczalne węglany jako substancję strukturalną. Z geologicznego punktu widzenia węglany występują głównie jako skały osadowe ( wapienie ), rzadziej metamorficzne czy nawet magmowe ( karbonatyt ).

• 

  Kalcyt

• 

  Aragonit

• 

  Magnezyt

• 

  Dolomit (biały) i magnezyt (żółty)

• 

  Syderyt

• 

  Azuryt (niebieski) i malachit (zielony)

• 

  Rhodochrosite (czerwony)

• 

  Purpurowy różowy smithsonit

• 

  Strontianit

• 

  Witherit

Reakcje

• Reakcja między kwasem węglowym a węglanem wapnia:

${\ Displaystyle \ mathrm {CaCO_ {3} + H_ {2} O + CO_ {2} \ longrightarrow Ca (HCO_ {3}) _ {2}}}$

Węglan wapnia reaguje z wodą i dwutlenkiem węgla, tworząc wodorowęglan wapnia .

Ta reakcja zachodzi, gdy wapień jest rozpuszczany w gazowanej wodzie gruntowej. Stąd bierze się twardość wody .

• Dysocjacja w wodzie:

${\ Displaystyle \ mathrm {MgCO_ {3} \ longrightarrow Mg ^ {2 +} + CO_ {3} ^ {2-}}}$

Węglan magnezu dysocjuje na jon magnezu i jon węglanowy.

• Rozkład podczas ogrzewania:

${\ Displaystyle \ mathrm {CaCO_ {3} \ longrightarrow CaO + CO_ {2}}}$

Węglan wapnia rozkłada się na tlenek wapnia i dwutlenek węgla.

To jest reakcja podczas produkcji wapna palonego .

Zobacz także: cykl węglanowo-krzemianowy

Podstawowa reakcja

Jony węglanowe reagują z wodą, tworząc jony wodorowęglanowe i wodorotlenkowe. Jest to reakcja kwasowo-zasadowa .

${\ Displaystyle \ mathrm {CO_ {3} ^ {2 -} + H_ {2} O \ rightleftharpoons HCO_ {3} ^ {-} + OH ^ {-}}}$

Chociaż ta równowaga jest po lewej stronie, zwiększone stężenie jonów wodorotlenkowych oznacza, że ​​roztwory węglanów mają wyraźnie alkaliczny odczyn .

dowód

Dowód węglanu z wodą barytową

Jony węglanowe (CO ₃ ²⁻ ) można wykryć dodając kwas solny, który wytwarza dwutlenek węgla :

${\ Displaystyle \ mathrm {CO_ {3} ^ {2 -} + 2 \ HCl \ longrightarrow CO_ {2} \ uparrow +2 \ Cl ^ {-} + H_ {2} O}}$

Gazowy dwutlenek węgla jest podawany do wapna odczynnika wykrywającego lub wody barytowej . Tam tworzy białe zmętnienie węglanu wapnia lub baru :

${\ Displaystyle \ Mathrm {Ba (OH) _ {2} \ (aq) + CO_ {2} \ (g) \ longrightarrow BaCO_ {3} \ downarrow + H_ {2} O \ (l)}}$

Wodorotlenek baru i dwutlenek węgla reagują, tworząc węglan baru i wodę

Wykrywanie ilościowe niskim stężeniu węglanu w wodzie przeprowadza się wraz z określeniem wodorowęglany, często za pomocą miareczkowania z kwasem solnym ( „SBV”), jeśli zmierzona materiał ma wartość pH powyżej 8,3 na początku, który to kwas solny zużycie wynosi do pH 8,3 równoważnego stężeniu węglanów. Dalsze zużycie kwasu do osiągnięcia pH 4,3 odpowiada sumie węglanów i wodorowęglanów. W przypadku wody o wartości pH poniżej 8,3 miareczkować tylko do 4,3 (tylko wodorowęglan) i obliczyć pierwotny, a następnie bardzo niski udział jonów węglanowych z równowagi dysocjacji kwasu węglowego.

Węglany i wodorowęglany można również oznaczać za pomocą jonowej HPLC lub elektroforezy kapilarnej . W obu przypadkach określa się „całkowity węglan”, a składniki węglan, wodorowęglan i „wolny kwas węglowy” oblicza się z równowagi dysocjacji kwasu węglowego, biorąc pod uwagę wartość pH, siłę jonową i temperaturę.

linki internetowe

• Węglan (varalten: carbonate). W: Mineralienatlas Lexikon. Stefan Schorn i in., Dostęp 14 października 2019 r . 

Indywidualne dowody

1. ^ ^{A b} A. F. Holleman , E. Wiberg , N. Wiberg : Podręcznik chemii nieorganicznej . Wydanie 101. Walter de Gruyter, Berlin 1995, ISBN 3-11-012641-9 .
2. ^ Węglan. Spektrum.de , 4 grudnia 2014, dostęp: 14 października 2019 .