du har måske set brusningen, når limesaft falder på gulvet og efterlader et hvidt mærke. Eller du har måske observeret brugen af bagepulver som et hævemiddel til at hæve cookies, kager osv.,. Du kan undre dig over boblen, når club soda-eller koksflasker åbnes. Det er et kendt faktum, at vores yndlingsbagerivarer gøres velsmagende ved at tilsætte bagepulver. Brugen af vaskesoda i vaskerier, i blødgøring af hårdt vand; og brugen af kalksten og kalkvand til fremstilling af byggematerialer som Portlandcement, kalkmørtel osv.,- alle disse involverer carbonater eller bicarbonater.
carbonater og bicarbonater finder vej ind i husholdningsgenstande til metallurgiske processer og endda biologiske reaktioner. De er til stede i tandpastaer, sorte tavlekalk, mineraler, medicin osv.
- formler & strukturer
- forbindelser indeholdende carbonater & bicarbonater
- forekomst
- forberedelse
- generelle egenskaber
- kemiske reaktioner
- undersøgelse af nogle individuelle forbindelser
formler & strukturer af carbonater og bicarbonatanioner
så når alt kommer til alt, hvad er carbonater & bicarbonater?
meget enkel. Disse er salte af kulsyre.
- formel for carbonation: CO32 –
- formel for Bicarbonation: HCO3 – (det kaldes også eller hydrogencarbonation i IUPAC-systemet)
disse anioner dannes af kulsyre, H2CO3 ved at fjerne H + ioner successivt som følger:
H2CO3 <——-> HCO3 – + H+ <——–> CO32 – + H +
de strukturelle forhold kan repræsenteres som:
deres former er trigonale Plane med 120o bindingsvinkler ved carbonatom. Det centrale carbonatom gennemgår sp2-hybridisering.
forbindelser indeholdende carbonat-eller BICARBONATANIONER
normalt danner metalioner med større atomstørrelse stabile carbonater og bicarbonater. Nogle af bicarbonaterne kan kun påvises i vandigt medium. Nogle vigtige carbonater og bicarbonater er angivet nedenfor.
| gruppe | forbindelse | generel formel | eksempler |
| gruppe-1 (alkalimetaller) | carbonater | M2CO3 | Li2CO3, Na2CO3, K2CO3 osv., |
| bicarbonater | MHCO3 | LiHCO3, NaHCO3, KHCO3 osv, | |
| gruppe-2 (jordalkalimetaller) | carbonater | MCO3 | MgCO3, CaCO3, BaCO3 osv, |
| bicarbonater | M (HCO3) 2 | Mg (HCO3) 2, Ca (HCO3)2 etc, | |
| p-blokelementer | carbonater | _ | Tl2CO3 og PbCO3 |
| overgangselementer | carbonater | _ | Cuco3, Cuco3, Ag2CO3, FeCO3 osv,. |
forekomst
der er flere carbonatmineraler til stede i naturen. Et par af dem er angivet nedenfor.
| formel | mineralens navn |
| Na2CO3 | Soda eller Natrit |
| CaCO3 | kalksten eller calcit eller aragonit eller kridt |
| MgCO3 | magnesit |
| CaCO3.MgCO3 | dolomit |
| SrCO3 | strontianit |
| BaCO3 | |
| PbCO3 | Cerrusite |
| FeCO3 | Siderite |
| CuCO3.Cu (OH)2 | malakit |
| 2.Cu (OH)2 | Acurit |
| 3 | Smithsonite (i den gamle litteratur er det kendt som calamine) |
| CdCO3 | Otavite |
fremstilling af carbonater & bicarbonater
kulsyre dannes, når kulsyre opløses i vand.
H2O + CO2 <——–> H2CO3
selvom det ser simpelt ud, er denne reaktion det grundlæggende princip, der er involveret i fremstilling af club soda, coca cola, Pepsi osv.,. Disse drikkevarer fremstilles ved at opløse kulsyre i vand ved høje tryk. Selvfølgelig tilsættes nogle andre ingredienser også for at forbedre smagen af produktet. Det er en anden historie. Når du åbner flasken, vil kulsyre gas komme ud med brus (du kalder det boblevand).
det er muligt at få enten carbonat eller bicarbonat ved at føre kulsyre til alkaliske opløsninger. Normalt dannes carbonater, når små mængder kulsyre passerer gennem alkaliske opløsninger.
f.eks.
| 2NaOH | + | CO2 | <——> | Na2CO3 | + | H2O |
| lille mængde | ret opløseligt i vand |
| Ca (OH)2 | + | CO2 | <——> | CaCO3↓ | + | H2O |
| lille mængde | uopløselig i vand |
men bicarbonater dannes til sidst, når overskydende kulsyre føres ind i opløsningen.
f.eks.
| NaOH | + | CO2 | <——> | NaHCO3 | ||
| overskud | svagt opløseligt i koldt vand |
| Ca (OH)2 | + | 2CO2 | <——> | Ca (HCO3)2 | ||
| overskud | opløseligt i vand |
Anvendelse-1: Det bemærkes, at kalkvand, Ca(OH)2 bliver mælkeagtig oprindeligt, når kulsyre føres gennem det og bliver klart efter at have passeret overskud af kulsyre. Oprindeligt dannes et uopløseligt hvidt fast stof, CaCO3. Derfor bliver kalkvand mælkeagtig. Det omdannes derefter til vandopløseligt bicarbonat, Ca(HCO3)2 ved passage af overskud af kulsyre ved at gøre opløsningen klar igen.
reaktionerne er opsummeret nedenfor.
| Ca (OH)2 | + | CO2 | ———-> | CaCO3↓ | + | H2O |
| læsket kalk | lille mængde | hvidt fast stof |
| CaCO3 | + | H2O | + | CO2 | ———-> | Ca (HCO3)2 |
| overskud | opløselig |
Bemærk: dannelsen af calciumcarbonat er en af reaktionen, der opstår under Indstilling af kalkmørtel, som blev brugt til opførelse af gamle bygninger
anvendelse-2: Det er blevet observeret, at der dannes et hvidt bundfald, når vandig opløsning af natriumhydroksid bevares i længere tid i beholderne, som ikke er lukket korrekt. Det er på grund af dannelsen af uopløselig NaHCO3, når NaOH reagerer med overskud af kulsyre i luften.
| NaOH | + | CO2 | <——> | NaHCO3 | ||
| overskud | svagt opløseligt i koldt vand |
generelle egenskaber
fysisk tilstand:
* carbonater og bicarbonater er faste stoffer ved stuetemperatur. Carbonater af gruppe-1 og gruppe-2 elementer er farveløse. Mens carbonaterne af overgangselementer kan være farvede.
* polariseringseffekten af gruppe-1 metalionerne (M+) er mindre end polariseringseffekten af gruppe-2 metalioner (M2+). Derfor er gruppe-2 carbonater mere kovalente end carbonaterne i gruppe-1.
mens polariseringseffekten falder ned i gruppen med stigning i størrelsen af metalion. Derfor øges den ioniske natur ned i gruppen.
* NaHCO3 og KHCO3 kan eksistere i fast tilstand. Men bicarbonaterne af gruppe – 2-elementer er kun kendt i vandige opløsninger.
opløselighed i vand:
* undtagen Li2CO3 er gruppe-1-carbonaterne ret opløselige i vand. Opløseligheden stiger ned i gruppen, når den ioniske natur natur øges.
* gruppe-2 carbonater er sparsomt opløselige i vand, da deres gitterenergier er højere (det skyldes stigning i kovalent natur). Der er ingen klar opløselighedstendens observeret ned i denne gruppe.
men Gruppe-2 carbonater er opløselige i en opløsning af CO2 på grund af dannelse af HCO3-.
termisk stabilitet:
* carbonater nedbrydes til kulsyre og ilt ved opvarmning. Mens bicarbonater giver carbonat, vand og kulsyre.
* termisk stabilitet af gruppe-1 og gruppe-2 carbonater (også af bicarbonater) stiger ned i gruppen, når metalionens polariserende kraft falder.
* af samme grund er carbonater i gruppe-1 mere stabile end gruppe-2.
* små og stærkt ladede metalioner har mere polariserende kraft og letter dermed nedbrydningen af carbonation til kulsyre og iltning.
kemiske reaktioner
den vigtigste reaktion vist ved disse anioner er ‘nedbrydning’ ved frigørelse af kulsyre enten ved opvarmning eller ved tilsætning af syrer. Vand eller ilt er de andre produkter.
2HCO3- ——–> CO32 – + CO2 + H2O (ved opvarmning)
HCO3 – + H+ ——–> CO2 + H2O (i surt medium)
CO32- ——–> CO2 + O2 – (ved opvarmning)
CO32 – + 2H+ ———> CO2 + H2O (i surt medium)
illustrationer:
i) 2NaHCO3 ——–> Na2CO3 + CO2 + H2O (ved opvarmning)
ii) NaHCO3 + H+ ——–> Na+ + CO2 + H2O
anvendelse: derfor bruges bagepulver (NaHCO3) som hævemiddel til at hæve cookies, kager osv.,. Det nedbrydes til CO2 og vand ved opvarmning. Dette gør cookies porøse og velsmagende.
iii) Ca (HCO3)2 ——–> CaCO3 + CO2 + H2O (ved opvarmning)
Mg(HCO3)2 ——–> MgCO3 + CO2 + H2O (ved opvarmning)
anvendelse: Midlertidig hårdhed af vand skyldes tilstedeværelsen af bicarbonater af Ca og Mg. Det er muligt at fjerne midlertidig hårdhed ved kogende vand. Efter kogning nedbrydes de opløselige bicarbonater til uopløselige carbonater, som kan filtreres fra.
iv) CaCO3 ——–> Cao + CO2 (ved opvarmning)
anvendelse: denne reaktion bruges til at få hurtig kalk (CaO) i kalkovne, som yderligere anvendes til fremstilling af slækket kalk, Ca(OH)2. Dette er også en af reaktionen, der forekommer ved fremstilling af Portlandcement. Teknisk kaldes denne type reaktion kalcinering.
v) CaCO3 + 2HCl ——–> CaCl2 + H2O + CO2
vi) MgCO3 + 2HCl ——–> MgCl2 + H2O + CO2
eller generelt
CO32 – + 2H+ ———> CO2 + H2O
kommentar: denne reaktion er princippet involveret i påvisning af carbonation til stede i et givet salt.
calciumcarbonat er til stede i marmorstenen. Dette nedbrydes til kulsyre, når det kommer i kontakt med syrer. Derfor observeres brusningen, når syrer falder på gulvet. Limesaft indeholder citronsyre, som frigiver kulsyre og danner uopløseligt calciumcitrat, der fremstår som hvid mærkning.
Bemærk: brus observeres undertiden på granitgulv, som sjældent kan indeholde carbonater. Dette kan stamme fra lav, der levede på dem.
undersøgelse af nogle individuelle carbonater og bicarbonater
Li2CO3:
* lithiumcarbonat er et farveløst salt med polymer natur.
* det er sparsomt opløseligt i vand, og dets opløselighed falder med temperaturstigning. Men det opløses i nærvær af kulsyre på grund af dannelsen af LiHCO3.
* det bruges i psykiatri til behandling af mani. Lithiumionerne interfererer med natriumpumpen og hæmmer aktiviteten af proteinkinase C (PKC).
* det bruges også til fremstilling af lithiumkoboltfilter – som er til stede i lithiumionbatterikatoder.