CARBONATOS Y BICARBONATOS-EJEMPLOS DE FÓRMULA-ESTRUCTURA-REACCIONES-PREPARACIÓN

Es posible que haya visto la efervescencia cuando el jugo de lima se cae al suelo, dejando una marca blanca. O es posible que haya observado el uso de bicarbonato de sodio como agente de levadura para elevar galletas, pasteles, etc.,. Es posible que se pregunte sobre el efervescencia cuando se abren las botellas de soda o coca cola. Es un hecho conocido que nuestros productos de panadería favoritos se vuelven sabrosos agregando polvo de hornear. El uso de soda para lavar en lavanderías, en agua dura ablandadora; y el uso de piedra de cal y agua de cal en la fabricación de materiales de construcción como cemento Portland, mortero de cal, etc.,- todos estos incluyen carbonatos o bicarbonatos.

Los carbonatos y bicarbonatos llegan a los hogares, a los procesos metalúrgicos e incluso a las reacciones biológicas. Están presentes en pastas de dientes, tizas de pizarra negra, minerales, medicamentos, etc.

  • Fórmulas & Estructuras
  • Compuestos que contienen carbonatos & bicarbonatos
  • Aparición
  • Preparado
  • Propiedades generales
  • Reacciones químicas
  • Estudio de algunos compuestos individuales

FÓRMULAS & ESTRUCTURAS DE CARBONATOS Y ANIONES DE BICARBONATO

Después de todo, ¿qué son los carbonatos & bicarbonatos?

Muy simple. Estas son las sales del ácido carbónico.

  • Fórmula de iones de carbonato: CO32 –
  • Fórmula de iones de bicarbonato: HCO3 – (También se conoce como o ion hidrogenocarbonato en el sistema IUPAC)

Estos aniones se forman a partir de ácido carbónico, H2CO3, eliminando iones H + sucesivamente de la siguiente manera:

H2CO3 <——-> HCO3 – + H+ <——–> CO32 – + H +

Las relaciones estructurales se pueden representar como:

estructura del ácido carbónico de bicarbonato de carbonato

Sus formas son planas trigonales con 120o de ángulos de enlace en el átomo de carbono. El átomo de carbono central sufre hibridación sp2.

COMPUESTOS QUE CONTIENEN ANIONES DE CARBONATO O BICARBONATO

Generalmente iones metálicos con un tamaño atómico más grande forman carbonatos y bicarbonatos estables. Algunos de los bicarbonatos solo se pueden detectar en medio acuoso. A continuación se enumeran algunos carbonatos y bicarbonatos importantes.

Carbonatos & Bicarbonatos
Grupo compuesto fórmula General Ejemplos
Grupo 1 (metales alcalinos) carbonatos M2CO3 Li2CO3, Na2CO3, K2CO3, etc.,
bicarbonates MHCO3 LiHCO3, NaHCO3, KHCO3 etc.,
Group-2 (alkaline earth metals) carbonates MCO3 MgCO3, CaCO3, BaCO3 etc.,
bicarbonates M(HCO3)2 Mg(HCO3)2, Ca(HCO3)2 etc.,
p-block elements carbonates _ Tl2CO3 and PbCO3
Transition elements carbonates _ ZnCO3, CuCO3, Ag2CO3, FeCO3 etc.,.

PRESENCIA

Hay varios minerales carbonatos presentes en la naturaleza. Algunos de ellos se enumeran a continuación.

Carbonato de minerales
Fórmula Nombre del mineral
Na2CO3 ceniza de Soda o Natrite
CaCO3 piedra de Cal o de Calcita o Aragonito o Tiza
Mgco 3 Magnesita
CaCO3.MgCO3 Dolomite
SrCO3 Strontianite
BaCO3 Witherite
PbCO3 Cerrusite
FeCO3 Siderite
CuCO3.Cu(OH)2 Malachite
2.Cu (OH)2 Azurita
ZnCO3 Smithsonita (en la literatura antigua se conoce como calamina)
CdCO3 Otavite

PREPARACIÓN DE CARBONATOS & BICARBONATOS

El ácido carbónico se forma cuando el gas dióxido de carbono se disuelve en agua.

H2O + CO2 <——–> H2CO3

Aunque parece simple, esta reacción es el principio básico involucrado en la fabricación de club soda, coca cola, Pepsi, etc.,. Estas bebidas se elaboran disolviendo gas dióxido de carbono en agua a altas presiones. Por supuesto, también se agregan algunos otros ingredientes para mejorar el sabor del producto. Esa es otra historia. Cuando abres la botella, el gas de dióxido de carbono saldrá con efervescencia (lo llamas efervescencia).

Es posible obtener carbonato o bicarbonato pasando dióxido de carbono a soluciones alcalinas. Por lo general, los carbonatos se forman cuando se pasan pequeñas cantidades de dióxido de carbono a través de soluciones alcalinas.

p. ej.

2NaOH + CO2 <——> Na2CO3 + H2O
pequeña cantidad bastante soluble en agua
Ca(OH)2 + CO2 <——> CaCO3↓ + H2O
pequeña cantidad insoluble en el agua

Pero los bicarbonatos se forman con el tiempo cuando se pasa el exceso de dióxido de carbono a la solución.

p. ej.

NaOH + CO2 <——> NaHCO3
el exceso de escasamente soluble
en agua fría
Ca(OH)2 + 2CO2 <——> Ca(HCO3)2
el exceso de soluble en agua

Aplicación-1: Se observa que el agua de cal, Ca (OH) 2, se vuelve lechosa inicialmente cuando se pasa dióxido de carbono a través de ella y se vuelve transparente después de pasar el exceso de dióxido de carbono. Inicialmente se forma un sólido blanco insoluble, CaCO3. Por lo tanto, el agua de cal se vuelve lechosa. Luego se convierte en bicarbonato soluble en agua, Ca(HCO3)2 al pasar el exceso de dióxido de carbono haciendo que la solución sea transparente nuevamente.

Las reacciones se resumen a continuación.

Ca(OH)2 + CO2 ———-> CaCO3↓ + H2O
Slaked lime small amount white solid
CaCO3 + H2O + CO2 ———-> Ca(HCO3)2
excess soluble

Nota: La formación de carbonato de calcio es una de las reacciones que se producen durante el fraguado del mortero de cal, que se utilizó en la construcción de edificios antiguos

Aplicación-2: Se ha observado que se forma un precipitado blanco cuando la solución acuosa de hidróxido de sodio se conserva durante más tiempo en los recipientes que no están cerrados adecuadamente. Es debido a la formación de NaHCO3 insoluble cuando el NaOH reacciona con el exceso de dióxido de carbono en el aire.

NaOH + CO2 <——> NaHCO3
el exceso de escasamente soluble
en agua fría

PROPIEDADES GENERALES

estado:

* Carbonatos y bicarbonatos son sólidos a temperatura ambiente. Los carbonatos de los elementos del grupo 1 y del grupo 2 son incoloros. Considerando que, los carbonatos de los elementos de transición pueden ser de color.

* El poder de polarización de los iones metálicos del grupo 1 (M+) es menor que el poder de polarización de los iones metálicos del grupo 2 (M2+). Por lo tanto, los carbonatos del grupo 2 son más covalentes que los carbonatos del grupo 1.

Mientras que el poder de polarización disminuye en el grupo con el aumento en el tamaño del ion metálico. Por lo tanto, la naturaleza iónica aumenta en el grupo.

* NaHCO3 y KHCO3 pueden existir en estado sólido. Pero los bicarbonatos de los elementos del grupo 2 solo se conocen en soluciones acuosas.

Solubilidad en agua:

* Excepto Li2CO3, los carbonatos del grupo 1 son bastante solubles en agua. La solubilidad aumenta en el grupo a medida que aumenta la naturaleza iónica.

* Los carbonatos del grupo 2 son escasamente solubles en agua, ya que sus energías de red son más altas (se debe al aumento de la naturaleza covalente). No se observa una tendencia clara a la solubilidad en este grupo.

Pero los carbonatos del grupo 2 son solubles en una solución de CO2 debido a la formación de HCO3-.

Estabilidad térmica:

* Los carbonatos se descomponen en dióxido de carbono y óxido al calentarse. Mientras que los bicarbonatos dan carbonato, agua y dióxido de carbono.

* La estabilidad térmica de los carbonatos del grupo 1 y del grupo 2 (también de los bicarbonatos) aumenta en el grupo a medida que disminuye el poder de polarización del ion metálico.

* Por la misma razón, los carbonatos del grupo-1 son más estables que los del grupo-2.

* Los iones metálicos pequeños y altamente cargados poseen un mayor poder de polarización y, por lo tanto, facilitan la descomposición del ion carbonato en dióxido de carbono y óxido de iones.

REACCIONES QUÍMICAS

La reacción más importante que muestran estos aniones es la «descomposición» mediante la liberación de dióxido de carbono al calentarse o mediante la adición de ácidos. El agua o el óxido son los otros productos.

2HCO3- ——–> CO32- + CO2 + H2O (después del calentamiento)

HCO3- + H+ ——–> CO2 + H2O (en medio ácido)

CO32- ——–> CO2 + O2- (después del calentamiento)

CO32- + 2H+ ———> CO2 + H2O (en medio ácido)

Ilustraciones:

i) 2NaHCO3 ——–> Na2CO3 + CO2 + H2O (al calentar)

ii) NaHCO3 + H+ ——–> Na+ + CO2 + H2O

Aplicación: Es por eso que el bicarbonato de sodio (NaHCO3) se utiliza como agente de levadura para criar galletas, pasteles, etc.,. Se descompone en CO2 y agua al calentarse. Esto hace que las galletas sean porosas y apetecibles.

iii) Ca(HCO3)2 ——–> CaCO3 + CO2 + H2O (después del calentamiento)

Mg(HCO3)2 ——–> MgCO3 + CO2 + H2O (después del calentamiento)

Aplicación: La dureza temporal del agua se debe a la presencia de bicarbonatos de Ca y Mg. Es posible eliminar la dureza temporal con agua hirviendo. Al hervir, los bicarbonatos solubles se descomponen en carbonatos insolubles, que se pueden filtrar.

iv) CaCO3 ——–> CaO + CO2 (al calentar)

Aplicación: Esta reacción se utiliza para obtener cal rápida (CaO), en hornos de cal, que se usa más en la preparación de cal apagada, Ca(OH)2. Esta es también una de las reacciones que se producen en la fabricación de cemento portland. Técnicamente, este tipo de reacción se llama calcinación.

v) CaCO3 + 2HCl ——–> CaCl2 + H2O + CO2

vi) MgCO3 + 2HCl ——–> MgCl2 + H2O + CO2

o en general

CO32- + 2H+ ———> CO2 + H2O

Comentario: Esta reacción es el principio involucrado en la detección de iones de carbonato presente en una determinada sal.

El carbonato de calcio está presente en la piedra de mármol. Este se descompone en dióxido de carbono cuando entra en contacto con ácidos. Por lo tanto, la efervescencia se observa cuando los ácidos se caen al suelo. El jugo de lima contiene ácido cítrico, que libera dióxido de carbono y forma citrato de calcio insoluble, que aparece como marca blanca.

Nota: La efervescencia se observa a veces en el suelo de granito, que rara vez puede contener carbonatos. Esto puede originarse de líquenes que vivían en ellos.

ESTUDIO DE ALGUNOS CARBONATOS Y BICARBONATOS INDIVIDUALES

Li2CO3:

* El carbonato de litio es una sal incolora de naturaleza polimérica.

* Es escasamente soluble en agua y su solubilidad disminuye con el aumento de la temperatura. Pero se disuelve en presencia de dióxido de carbono debido a la formación de LiHCO3.

* Se utiliza en psiquiatría para tratar la manía. Los iones de litio interfieren en la bomba de sodio e inhiben la actividad de la proteína quinasa C (PKC).

* También se utiliza en la preparación de óxido de cobalto de litio, que está presente en los cátodos de baterías de iones de litio.

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