olet saattanut nähdä poreilun, kun limettimehua tiputetaan lattialle jättäen valkoisen jäljen. Tai olet ehkä havainnut ruokasoodan käytön hapatusaineena keksien, kakkujen ym. nostattamisessa.,. Sihinää voi ihmetellä, kun soodavesi-tai kokispulloja avataan. On tunnettu tosiasia, että suosikkileipomomme valmistetaan maukkaiksi lisäämällä leivinjauhetta. Pesusoodan käyttö pesuloissa, kovien vesien pehmentämisessä; ja kalkkikiven ja kalkkiveden käyttö rakennusmateriaalien, kuten portlandsementin, kalkkilaastin jne. valmistuksessa.,- kaikkiin näihin liittyy karbonaatteja tai bikarbonaatteja.
karbonaatit ja bikarbonaatit löytävät tiensä kodin tavaroihin metallurgisiin prosesseihin ja jopa biologisiin reaktioihin. Ne ovat läsnä hammas tahnat, musta aluksella liitu, mineraaleja, lääkkeitä jne.
- kaavat & rakenteet
- karbonaatteja sisältävät yhdisteet & bikarbonaatit
- esiintyminen
- valmistelu
- yleiset ominaisuudet
- kemialliset reaktiot
- joidenkin yksittäisten yhdisteiden tutkimus
kaavat & karbonaattien ja bikarbonaattianionien rakenteet
joten mitä ovat karbonaatit & bikarbonaatit?
hyvin yksinkertainen. Nämä ovat hiilihapon suoloja.
- karbonaatti-ionin kaava: CO32 –
- bikarbonaatti-ionin kaava: HCO3 – (IUPAC-järjestelmässä siihen viitataan myös nimellä tai hydrogenkarbonaatti-ioni)
nämä anionit muodostuvat hiilihaposta H2CO3 poistamalla h + ioneja peräkkäin seuraavasti:
H2CO3 <——-> HCO3 – + H+ <——–> CO32 – + H +
rakennesuhteet voidaan esittää seuraavasti:
niiden muodot ovat trigonaalisia planaareja, joissa on 120o sidoskulmia hiiliatomissa. Keskeinen hiiliatomi käy läpi sp2-hybridisaation.
yhdisteet, jotka sisältävät karbonaatti-tai BIKARBONAATTIANIONEJA
yleensä atomikooltaan isompia metalli-ioneja, muodostavat stabiileja karbonaatteja ja bikarbonaatteja. Osa bikarbonaateista voidaan havaita vain vesipitoisessa väliaineessa. Seuraavassa on lueteltu joitakin tärkeitä karbonaatteja ja bikarbonaatteja.
| ryhmä | yhdiste | yleinen kaava | esimerkkejä |
| Ryhmä 1 (alkalimetallit) | karbonaatit | M2CO3 | Li2CO3, Na2CO3, K2CO3 jne., |
| bikarbonaatit | MHCO3 | LiHCO3, NaHCO3, KHCO3 jne., | |
| ryhmä 2 (maa-alkalimetallit) | karbonaatit | MCO3 | MgCO3, CaCO3, BaCO3 jne., |
| bikarbonaatit | M(HCO3)2 | Mg (HCO3)2, Ca(HCO3)2 jne., | |
| p-lohkon alkuaineet | karbonaatit | _ | Tl2CO3 ja PbCO3 |
| Siirtymäelementit | karbonaatit | _ | ZnCO3, Cuco3, Ag2CO3, FeCO3 jne.,. |
esiintyminen
luonnossa esiintyy useita karbonaattimineraaleja. Muutamia niistä on lueteltu alla.
| kaava | mineraalin nimi |
| Na2CO3 | sooda tai Natriitti |
| CaCO3 | kalkkikivi tai kalsiitti tai aragoniitti tai liitu |
| Mgco3 | magnesiitti |
| CaCO3.MgCO3 | dolomiitti |
| SrCO3 | Strontianiitti |
| BaCO3 | kuihtunut |
| PbCO3 | Serrusiitti |
| FeCO3 | Sideriitti |
| CuCO3.Cu (OH) 2 | Malakiitti |
| 2.Cu (OH) 2 | atsuriitti |
| ZnCO3 | Smithsonite (vanhassa kirjallisuudessa se tunnetaan nimellä kalamiini) |
| CdCO3 | Otaviitti |
karbonaattien & bikarbonaattien
hiilihappoa muodostuu hiilidioksidikaasun liuetessa veteen.
H2O + CO2 <——–> H2CO3
vaikka tämä reaktio näyttää yksinkertaiselta, se on perusperiaate, joka liittyy soodaveden, coca Colan, Pepsin jne.valmistukseen.,. Näitä juomia valmistetaan liuottamalla hiilidioksidikaasua veteen korkeassa paineessa. Toki myös joitakin muita ainesosia lisätään tuotteen maun parantamiseksi. Se on toinen tarina. Kun avaat pullon, hiilidioksidikaasu tulee ulos poreilemalla (kutsutaan sitä fizziksi).
on mahdollista saada joko karbonaattia tai bikarbonaattia siirtämällä hiilidioksidia emäksisiin liuoksiin. Yleensä karbonaatteja muodostuu, kun pieniä määriä hiilidioksidia kulkeutuu emäksisten liuosten läpi.
esim.
| 2NaOH | + | CO2 | <——> | Na2CO3 | + | H2O |
| pieni määrä | liukenee melko hyvin veteen |
| ka (OH)2 | + | CO2 | <——> | CaCO3↓ | + | H2O |
| pieni määrä | liukenematon vedessä |
mutta bikarbonaatteja muodostuu lopulta, kun ylimääräinen hiilidioksidi johdetaan liuokseen.
esim.
| NaOH | + | CO2 | <——> | NaHCO3 | ||
| ylimääräinen | liukenee niukasti kylmään veteen |
| ka (OH)2 | + | 2CO2 | <——> | Ca (HCO3)2 | ||
| ylimääräinen | liukenee veteen |
sovellus-1: on havaittu, että kalkkivesi, Ca(OH)2 muuttuu maitomaiseksi aluksi, kun hiilidioksidi kulkee sen läpi ja muuttuu kirkkaaksi päästyään yli hiilidioksidin. Aluksi muodostuu liukenematonta valkoista kiinteää ainetta, CaCO3: a. Siksi kalkkivesi muuttuu maitomaiseksi. Sen jälkeen se muuttuu vesiliukoiseksi bikarbonaatiksi Ca(HCO3)2, kun hiilidioksidi on liikaa, jolloin liuos kirkastuu uudelleen.
alla on yhteenveto haittavaikutuksista.
| ka (OH)2 | + | CO2 | ———-> | CaCO3↓ | + | H2O |
| sammutettu kalkki | pieni määrä | valkoinen kiinteä aine |
| CaCO3 | + | H2O | + | CO2 | ———-> | Ca (HCO3)2 |
| ylimääräinen | liukeneva |
Huomautus: kalsiumkarbonaatin muodostuminen on yksi reaktioista, jotka tapahtuvat kalkkilaastin asettamisessa, jota käytettiin vanhojen rakennusten rakentamisessa
Application-2: on havaittu, että valkoista sakkaa muodostuu, kun natriumhydroksidin vesiliuosta säilytetään pitempään astioissa, joita ei ole suljettu kunnolla. Se johtuu liukenemattoman NaHCO3: n muodostumisesta, kun NaOH reagoi ilmassa olevan hiilidioksidin ylimäärän kanssa.
| NaOH | + | CO2 | <——> | NaHCO3 | ||
| ylimääräinen | liukenee niukasti kylmään veteen |
yleiset ominaisuudet
fysikaalinen olomuoto:
* karbonaatit ja bikarbonaatit ovat huoneenlämpötilassa kiinteitä aineita. Ryhmän 1 ja ryhmän 2 alkuaineiden karbonaatit ovat värittömiä. Kun taas siirtymäelementtien karbonaatit voivat olla värillisiä.
* ryhmän-1 metalli-ionien polarisoitumisteho (M+) on pienempi kuin ryhmän-2 metalli-ionien polarisoitumisteho (M2+). Näin ollen ryhmän-2 karbonaatit ovat kovalenttisempia kuin ryhmän-1 karbonaatit.
kun taas polarisoiva voima laskee ryhmää metalli-ionin koon kasvaessa. Näin ollen ionisuus kasvaa ryhmää alaspäin.
* NaHCO3 ja KHCO3 voivat esiintyä kiinteässä olomuodossa. Ryhmän 2 alkuaineiden bikarbonaatteja tunnetaan kuitenkin vain vesiliuoksissa.
liukoisuus veteen:
* li2co3: a lukuun ottamatta ryhmän 1 karbonaatit liukenevat melko hyvin veteen. Liukoisuus kasvaa ryhmää alaspäin ionisen luonnon lisääntyessä.
* Ryhmän 2 karbonaatit liukenevat niukasti veteen, koska niiden hilaenergiat ovat suurempia (se johtuu kovalenttisuuden lisääntymisestä). Tässä ryhmässä ei ole havaittu selvää liukoisuussuuntausta.
mutta ryhmän 2 karbonaatit liukenevat HIILIDIOKSIDILIUOKSEEN HCO3 -: n muodostumisen vuoksi.
lämpöstabiilisuus:
* karbonaatit hajoavat kuumennettaessa hiilidioksidiksi ja oksidiksi. Kun taas bikarbonaatit antavat karbonaattia, vettä ja hiilidioksidia.
* ryhmä-1 ja ryhmä-2 karbonaattien (myös bikarbonaattien) lämpöstabiilisuus kasvaa ryhmää alaspäin metalli-ionin polarisoivan tehon pienentyessä.
* samasta syystä ryhmän-1 karbonaatit ovat stabiilimpia kuin ryhmän-2 karbonaatit.
* pienillä ja voimakkaasti varautuneilla metalli-ioneilla on enemmän polarisoivaa voimaa ja siten helpottaa karbonaatti-ionin hajoamista hiilidioksidiksi ja oksidi-ioniksi.
kemialliset reaktiot
tärkein näiden anionien osoittama reaktio on ”hajoaminen” vapauttamalla hiilidioksidia joko Kuumennettaessa tai lisäämällä happoja. Muita tuotteita ovat vesi tai oksidi.
2HCO3- ——–> CO32 – + CO2 + H2O (kuumennettaessa)
HCO3 – + H+ ——–> CO2 + H2O (happamassa väliaineessa)
CO32- ——–> CO2 + O2 – (kuumennettaessa)
CO32 – + 2H+ ———> CO2 + H2O (happamassa väliaineessa)
kuvat:
i) 2NaHCO3 ——–> Na2CO3 + CO2 + H2O (kuumennettaessa)
ii) NaHCO3 + H+ ——–> Na+ + CO2 + H2O
käyttö: siksi ruokasoodaa (NaHCO3) käytetään hapatteena keksien, kakkujen ym.nostattamiseen.,. Se hajoaa kuumennettaessa CO2: ksi ja vedeksi. Tämä tekee evästeistä huokoisia ja maukkaita.
III) Ca (HCO3)2 ——–> CaCO3 + CO2 + H2O (kuumennettaessa)
Mg (HCO3)2 ——–> MgCO3 + CO2 + H2O (kuumennettaessa)
käyttö: Veden väliaikainen kovuus johtuu Ca: n ja Mg: n bikarbonaattien läsnäolosta. Tilapäinen kovuus on mahdollista poistaa vettä keittämällä. Kiehuessaan liukoiset bikarbonaatit hajoavat liukenemattomiksi karbonaateiksi, jotka voidaan suodattaa pois.
iv) CaCO3 ——–> cao + CO2 (kuumennettaessa)
käyttö: tällä reaktiolla saadaan kalkkiuuneissa nopeaa kalkkia(CaO), jota käytetään edelleen sammutetun kalkin valmistuksessa, Ca (OH)2. Tämä on myös yksi portlandsementin valmistuksessa tapahtuvista reaktioista. Teknisesti tällaista reaktiota kutsutaan kalsinoinniksi.
v) CaCO3 + 2HCl ——–> CaCl2 + H2O + CO2
vi) MgCO3 + 2HCl ——–> MgCl2 + H2O + CO2
tai yleensä
CO32 – + 2H+ ———> CO2 + H2O
Kommentti: Tämä reaktio on periaate, joka osallistuu tietyn suolan sisältämän karbonaatti-ionin havaitsemiseen.
Marmorikivessä on kalsiumkarbonaattia. Tämä hajoaa hiilidioksidiksi joutuessaan kosketuksiin happojen kanssa. Siksi poreilua havaitaan, kun happoja pudotetaan lattialle. Limetin mehu sisältää sitruunahappoa, joka vapauttaa hiilidioksidia ja muodostaa liukenematonta kalsiumsitraattia, joka näkyy valkoisena merkintänä.
huomaa: Poreilua esiintyy joskus graniittilattialla, joka saattaa harvoin sisältää karbonaatteja. Tämä saattaa olla peräisin niillä eläneistä jäkälistä.
joidenkin yksittäisten karbonaattien ja bikarbonaattien tutkimus
Li2CO3:
* litiumkarbonaatti on väritön suola, jolla on polymeerinen luonne.
* se liukenee niukasti veteen ja sen Liukoisuus vähenee lämpötilan noustessa. Mutta se liukenee hiilidioksidin läsnä ollessa lihco3: n muodostumisen vuoksi.
* sitä käytetään psykiatriassa manian hoitoon. Litiumionit häiritsevät natriumpumppua ja estävät proteiinikinaasi C: n (PKC) toimintaa.
* sitä käytetään myös valmistettaessa litiumkobolttioksidia, jota esiintyy litiumioniakkujen katodeissa.