Формула карбонат-иона
Карбонат-ион является простейшим оксоуглеродным анионом и представляет собой соль угольной кислоты. Это многоатомный ион, молекулярная формула которого CO 3 2- . Термин «карбонат» может также относиться к сложному эфиру карбоната, который представляет собой органическое соединение с карбонатной группой C(=O)(O-) 2 . Карбонаты широко используются в промышленности, например, при выплавке железа, в качестве сырья для производства портландцемента и извести, в составе керамических глазурей и т. д. Щелочные и щелочноземельные металлы являются основными группами элементов, которые используются в качестве карбонатов. Карбонаты щелочных металлов более устойчивы, чем карбонаты щелочноземельных металлов. Химически осажденная осадочная порода содержит широкий спектр карбонатных минералов. Некоторыми карбонатными минералами, присутствующими в природе, являются известняк (CaCO 3 ), доломит (CaCO 3 .MgCO 3 ), кальцинированная сода (Na 2 CO 3 ), сидерит (FeCO 3 ), витерит (BaCO 3 ) и т. д.
Структура карбонат-иона
Карбонат-ион — простейший оксоуглеродный анион, в котором атом углерода окружен тремя атомами кислорода. Он имеет тригональное плоское расположение с молекулярной симметрией D 3h . Структура Льюиса карбонат-иона имеет две длинные одинарные связи с отрицательно заряженными атомами кислорода и короткую двойную связь с нейтральным атомом кислорода.
Свойства карбонат-иона
| Химическая формула | СО 3 2- |
|---|---|
| Название ИЮПАК | Карбонат |
| Молярная масса | 60,008 г/моль |
| Конъюгированная кислота | Бикарбонат |
Ниже приведены некоторые свойства карбонат-ионов:
- При комнатной температуре карбонаты существуют в твердой форме.
- Карбонаты элементов группы 1 и группы 2 бесцветны, тогда как карбонаты переходных элементов окрашены.
- Поскольку поляризующая способность ионов металлов группы 1 (M + ) меньше, чем у ионов металлов группы 2 (M 2+ ), карбонаты группы 2 более ковалентны, чем карбонаты группы 1.
- При нагревании карбонаты разлагаются на углекислый газ и оксид.
- Карбонаты щелочных металлов более устойчивы, чем карбонаты щелочноземельных металлов. Так, карбонаты щелочноземельных металлов легко разлагаются при нагревании.
- По мере продвижения вниз по группе термическая стабильность карбонатов группы 1 и группы 2 увеличивается.
- Все карбонаты элементов 1-й группы хорошо растворимы в воде, кроме Li 2 CO 3 . По мере продвижения вниз по группе растворимость увеличивается из-за увеличения ионной природы.
- Все карбонаты элементов 2-й группы мало растворимы в воде, но хорошо растворимы в растворе СО 2 из-за образования бикарбонатов.
Химические свойства
Карбонатная соль образуется, когда положительно заряженный ион, такой как М + , М 2+ или М 3+ , образует электростатическое притяжение с отрицательно заряженными атомами кислорода карбонат-иона с образованием ионного соединения.
Например, 2 моля иона M 3+ реагируют с 3 молями карбонат-иона с образованием 1 моля M 2 (CO 3 ) 3 .
2M3++ 3CO32− → M2(CO3)3
Карбонаты элементов группы 1 (щелочные металлы) | 2М + + СО 3 2- → М 2 СО 3 | Li 2 CO 3 , Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 и др., |
|---|---|---|
Карбонаты элементов 2 группы (щелочноземельные металлы) | М 2+ + СО 3 2- → МСО 3 | MgCO 3 , CaCO 3 , BaCO 3 и т. д., |
| Карбонаты п-блочных элементов | — | Tl 2 CO 3 и PbCO 3 |
| Карбонаты переходных элементов | — | ZnCO 3 , CuCO 3 , Ag 2 CO 3 , FeCO 3 и т.д. |
- При нагревании карбонаты разлагаются на углекислый газ и оксид.
CO32−→ CO2 + O2- (On heating)
Например, когда карбонат кальция нагревается, он высвобождает углекислый газ, оставляя после себя оксид кальция или негашеную известь (CaO). Этот процесс известен как прокаливание и используется для получения CaO в печах для обжига извести. Когда негашеная известь (CaO) смешивается с водой, получается гашеная известь (Ca(OH)2).
CaCO3 → CaO + CO2 (On heating)
- При взаимодействии карбонат-иона с кислыми растворами образуется углекислый газ и вода.
CO32- + 2H+ → CO2 + H2O (in acidic medium)
Например, когда слабая соляная кислота вступает в контакт с известняком (CaCO 3 ), она вызывает шипение. Или шипение, которое наблюдается, когда сок лайма падает на пол, оставляет белый след из-за лимонной кислоты, присутствующей в соке лайма.
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2O + CO2
MgCO3 + 2HCl → MgCl2 + H2O + CO2
Использование карбонатов
- Карбонаты широко используются в промышленности, например, при выплавке железа, в качестве сырья для производства портландцемента и извести, в составе керамических глазурей и т. д.
- Они также используются в производстве стекла.
- В моющих средствах используются карбонаты, такие как карбонат натрия и калия.
- Карбонаты также используются для смягчения воды.
Часто задаваемые вопросы о формуле карбонат-иона
Вопрос 1: Что такое карбонат-ион?
Отвечать:
A carbonate ion is the simplest oxocarbon anion and is a salt of carbonic acid. It is a polyatomic ion whose molecular formula is CO32-. Some examples of carbonates are Li2CO3, Na2CO3, MgCO3, CaCO3, FeCO3, and so on.
Вопрос 2: Опишите строение карбонат-иона.
Отвечать:
A carbonate ion is the simplest oxocarbon anion, where a carbon atom is surrounded by three oxygen atoms. This has a trigonal planar arrangement with D3h molecular symmetry. The Lewis structure of a carbonate ion has two long single bonds to negatively charged oxygen atoms and a short double bond to a neutral oxygen atom.
Вопрос 3: Назовите некоторые свойства карбонатов.
Отвечать:
The molar mass of a carbonate ion is 60.008 g/mol and its conjugate acid is bicarbonate. At room temperature, carbonates exist in solid form. The carbonates of group-1 and group-2 elements are colorless, whereas the carbonates of transition elements are colored. As the polarising power of the group-1 metal ions (M+) is less than that of group-2 metal ions (M2+), group-2 carbonates are more covalent than the carbonates of group-1. Upon heating, carbonates decompose into carbon dioxide and oxide.
Вопрос 4: Назовите некоторые области применения карбонатов.
Отвечать:
Carbonates are widely used in industrial applications, like in the smelting of iron, as a raw material in the production of Portland cement and lime, in the composition of ceramic glazes, and more. They are also used in the manufacturing of glass. In washing detergents, carbonates like sodium and potassium carbonate are used. Carbonates are also used to soften water.
Вопрос 5: Напишите реакцию прокаливания.
Отвечать:
When calcium carbonate is heated, it liberates carbon dioxide, leaving behind calcium oxide, or quick lime (CaO). This process is known as calcination and is used to get CaO in lime kilns. When quick lime (CaO) is combined with water, it produces slaked lime (Ca(OH)2).
CaCO3 → CaO + CO2 (On heating)
Вопрос 6: Напишите о растворимости карбонатов в воде.
Отвечать:
All the carbonates of group-1 elements are fairly soluble in water except for Li2CO3. As we move down the group, the solubility increases due to the increase in ionic nature. All the carbonates of group-2 elements are sparingly soluble in water, but they are fairly soluble in a solution of CO2 because of the formation of bicarbonates.