du kanske har sett bruset när limejuice tappas på golvet och lämnar ett vitt märke. Eller du kanske har observerat användningen av bakpulver som ett jäsmedel för att stiga kakor, kakor etc.,. Du kanske undrar om fizz när club soda eller koksflaskor öppnas. Det är ett känt faktum att våra favoritbagerivaror görs välsmakande genom att tillsätta bakpulver. Användningen av tvätt soda i tvättstugor, i mjukgörande hårt vatten; och användningen av kalksten och kalkvatten vid tillverkning av byggmaterial som Portlandcement, kalkmortel etc.,- alla dessa involverar karbonater eller bikarbonater.
karbonater och bikarbonater hittar sin väg in i hushållsartiklar till metallurgiska processer och till och med biologiska reaktioner. De finns i tandpasta, svartbrädkalkar, mineraler, läkemedel etc.
- formler & strukturer
- föreningar som innehåller karbonater & bikarbonater
- förekomst
- beredning
- allmänna egenskaper
- kemiska reaktioner
- studie av vissa enskilda föreningar
formler & strukturer av karbonater och bikarbonatanjoner
så trots allt, vad är karbonater & bikarbonater?
mycket enkelt. Dessa är salterna av kolsyra.
- formel för Karbonatjon: CO32 –
- formel för Bikarbonatjon: HCO3- (det kallas också eller vätekarbonatjon i IUPAC-systemet)
dessa anjoner bildas av kolsyra, H2CO3 genom att avlägsna H + joner successivt enligt följande:
H2CO3 <——-> HCO3 – + H+ <——–> CO32 – + H +
de strukturella förhållandena kan representeras som:
deras former är trigonala plana med 120o bindningsvinklar vid kolatom. Den centrala kolatomen genomgår sp2-hybridisering.
föreningar som innehåller karbonat-eller BIKARBONATANJONER
vanligtvis bildar metalljoner med större atomstorlek stabila karbonater och bikarbonater. Några av bikarbonaten kan endast detekteras i vattenhaltigt medium. Några viktiga karbonater och bikarbonater listas nedan.
| grupp | förening | allmän formel | exempel |
| Grupp-1 (alkalimetaller) | karbonater | M2CO3 | Li2CO3, Na2CO3, K2CO3 etc., |
| bikarbonater | MHCO3 | LiHCO3, NaHCO3, KHCO3 etc, | |
| Grupp – 2 (jordalkalimetaller) | karbonater | MCO3 | MgCO3, CaCO3, BaCO3 etc, |
| bikarbonater | M(HCO3)2 | Mg(HCO3)2, Ca (HCO3)2 etc, | |
| p-blockelement | karbonater | _ | Tl2CO3 och PbCO3 |
| Övergångselement | karbonater | _ | ZnCO3, CuCO3, Ag2CO3, FeCO3 etc,. |
förekomst
det finns flera karbonatmineraler närvarande i naturen. Några av dem listas nedan.
| formel | mineralets namn |
| Na2CO3 | Soda eller Natrite |
| CaCO3 | kalksten eller kalcit eller aragonit eller krita |
| MgCO3 | magnesit |
| CaCO3.Mgco3 | dolomit |
| SrCO3 | Strontianit |
| BaCO3 | Witherite |
| PbCO3 | Cerrusite |
| FeCO3 | Siderite |
| CuCO3.Cu (OH)2 | malakit |
| 2.Cu (OH) 2 | azurit |
| ZnCO3 | Smithsonite (i den gamla litteraturen är det känt som kalamin) |
| CdCO3 | Otavite |
framställning av karbonater & bikarbonater
kolsyra bildas när koldioxidgas löses i vatten.
H2O + CO2 <——–> H2CO3
även om det ser enkelt ut, är denna reaktion den grundläggande principen som är involverad i tillverkningen av club soda, coca cola, Pepsi etc.,. Dessa drycker framställs genom upplösning av koldioxidgas i vatten vid höga tryck. Naturligtvis tillsätts också några andra ingredienser för att förbättra produktens smak. Det är en annan historia. När du öppnar flaskan kommer koldioxidgasen att komma ut med brus (du kallar det fizz).
det är möjligt att få antingen karbonat eller bikarbonat genom att överföra koldioxid till alkaliska lösningar. Vanligtvis bildas karbonater när små mängder koldioxid passerar genom alkaliska lösningar.
t. ex.
| 2NaOH | + | CO2 | <——> | Na2CO3 | + | H2O |
| liten mängd | ganska lösligt i vatten |
| Ca (OH)2 | + | CO2 | <——> | CaCO3↓ | + | H2O |
| liten mängd | olöslig i vatten |
men bikarbonater bildas så småningom när överskott av koldioxid passerar in i lösningen.
t. ex.
| NaOH | + | CO2 | <——> | NaHCO3 | ||
| överskott | sparsamt löslig i kallt vatten |
| Ca (OH)2 | + | 2CO2 | <——> | Ca (HCO3)2 | ||
| överskott | lösligt i vatten |
ansökan-1: Det observeras att kalkvatten, Ca (OH)2 blir mjölkaktig initialt när koldioxid passerar genom det och blir klart efter att ha passerat överskott av koldioxid. Ursprungligen bildas ett olösligt vitt fast ämne, CaCO3. Därför blir kalkvatten mjölkaktig. Det omvandlas sedan till vattenlösligt bikarbonat, Ca(HCO3)2 vid överföring av överskott av koldioxid genom att göra lösningen klar igen.
reaktionerna sammanfattas nedan.
| Ca (OH)2 | + | CO2 | ———-> | CaCO3↓ | + | H2O |
| släckt kalk | liten mängd | vit fast |
| CaCO3 | + | H2O | + | CO2 | ———-> | Ca (HCO3)2 |
| överskott | löslig |
Obs: bildandet av kalciumkarbonat är en av de reaktioner som sker under Inställning av kalkbruk, som användes i byggandet av gamla byggnader
Application-2: Det har observerats att en vit fällning bildas när vattenlösning av natriumhydroxid bevaras under längre tider i behållarna som inte är stängda på rätt sätt. Det är på grund av bildandet av olöslig NaHCO3 när NaOH reagerar med överskott av koldioxid i luften.
| NaOH | + | CO2 | <——> | NaHCO3 | ||
| överskott | sparsamt löslig i kallt vatten |
allmänna egenskaper
fysiskt tillstånd:
* karbonater och bikarbonater är fasta ämnen vid rumstemperatur. Karbonater i Grupp-1 och Grupp-2-element är färglösa. Medan karbonater av övergångselement kan färgas.
* polariserande kraften i gruppen-1 metalljoner (M+) är mindre än polariserande kraften i Grupp-2 metalljoner (M2+). Därför är grupp-2-karbonater mer kovalenta än karbonaterna i Grupp-1.
medan polariseringseffekten minskar ner gruppen med ökad storlek på metalljon. Därför ökar den joniska naturen ner i gruppen.
* NaHCO3 och KHCO3 kan existera i fast tillstånd. Men bikarbonaterna i Grupp-2-element är endast kända i vattenhaltiga lösningar.
löslighet i vatten:
* förutom Li2CO3 är grupp-1-karbonaterna ganska lösliga i vatten. Lösligheten ökar ner i gruppen när den joniska naturen ökar.
* Grupp-2-karbonater är sparsamt lösliga i vatten eftersom deras gitterenergier är högre (Det beror på ökning av kovalent natur). Det finns ingen tydlig löslighetstrend observerad i denna grupp.
men Grupp-2-karbonater är lösliga i en lösning av CO2 på grund av bildning av HCO3 -.
termisk stabilitet:
* karbonater sönderdelas till koldioxid och oxid vid uppvärmning. Medan bikarbonater ger karbonat, vatten och koldioxid.
* termisk stabilitet hos Grupp-1 och Grupp-2 karbonater (även av bikarbonater) ökar ner i gruppen när metalljonens polariserande kraft minskar.
* av samma anledning är karbonater i Grupp-1 mer stabila än de i Grupp-2.
* små och högladdade metalljoner har mer polariserande kraft och underlättar därmed nedbrytningen av karbonatjon till koldioxid och oxidjon.
kemiska reaktioner
den viktigaste reaktionen som visas av dessa anjoner är ’sönderdelning’ genom att frigöra koldioxid antingen vid uppvärmning eller genom tillsats av syror. Vatten eller oxid är de andra produkterna.
2HCO3- ——–> CO32 – + CO2 + H2O (vid uppvärmning)
HCO3 – + H+ ——–> CO2 + H2O (i surt medium)
CO32- ——–> CO2 + O2 – (vid uppvärmning)
CO32 – + 2H+ ———> CO2 + H2O (i surt medium)
illustrationer:
i) 2NaHCO3 ——–> Na2CO3 + CO2 + H2O (vid uppvärmning)
ii) NaHCO3 + H+ ——–> Na + + CO2 + H2O
ansökan: Det är därför bakpulver (NaHCO3) används som jäsmedel för att höja kakor, kakor etc.,. Det sönderdelas till CO2 och vatten vid uppvärmning. Detta gör kakorna porösa och välsmakande.
iii) Ca (HCO3)2 ——–> CaCO3 + CO2 + H2O (vid uppvärmning)
Mg (HCO3)2 ——–> MgCO3 + CO2 + H2O (vid uppvärmning)
tillämpning: Tillfällig hårdhet av vatten beror på närvaron av bikarbonater av Ca och Mg. Det är möjligt att avlägsna tillfällig hårdhet genom kokande vatten. Vid kokning sönderdelas de lösliga bikarbonaterna till olösliga karbonater, vilka kan filtreras bort.
iv) CaCO3 ——–> CaO + CO2 (vid uppvärmning)
användning: denna reaktion används för att få snabbkalk (CaO), i kalkugnar, som vidare används vid framställning av släckt kalk, Ca(OH)2. Detta är också en av de reaktioner som uppstår vid tillverkningen av Portlandcement. Tekniskt kallas denna typ av reaktion kalcinering.
V) CaCO3 + 2HCl ——–> CaCl2 + H2O + CO2
vi) MgCO3 + 2HCl ——–> MgCl2 + H2O + CO2
eller i allmänhet
CO32 – + 2H+ ———> CO2 + H2O
kommentar: denna reaktion är principen involverad i detektering av karbonatjon närvarande i ett givet salt.
kalciumkarbonat finns i marmorstenen. Detta sönderdelas till koldioxid när det kommer i kontakt med syror. Därför observeras brusningen när syror tappas på golvet. Limejuice innehåller citronsyra, som frigör koldioxid och bildar olösligt kalciumcitrat, vilket framträder som vit markering.
Obs: brus observeras ibland på granitgolv som sällan kan innehålla karbonater. Detta kan härröra från lavar som levde på dem.
studie av vissa enskilda karbonater och bikarbonater
Li2CO3:
* litiumkarbonat är ett färglöst salt med polymer natur.
* det är sparsamt lösligt i vatten och dess löslighet minskar med temperaturökning. Men det löser sig i närvaro av koldioxid på grund av bildandet av LiHCO3.
* det används i psykiatri för att behandla mani. Litiumjonerna stör natriumpumpen och hämmar aktiviteten av proteinkinas C (PKC).
* det används också vid framställning av litiumkoboltoxid – som finns i litiumjonbatterikatoder.