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Los carbonatos son les sales que salen del spiner del ácidu carbónicu o ésteres col grupu R-O-C(=O)-O-R'. Los sales tienen de mancomún el anión CO32- y derívense del ácidu carbónico H2CO3. Según el pH (l'acidez de la disolución) tán en equilibriu químicu col bicarbonatu y el dióxidu de carbonu.
La mayoría de los carbonatos, amás de los carbonatos de los metales alcalinos, son pocu solubles n'agua. Por cuenta de esta carauterística son importantes en xeoquímica y formen parte de munchos minerales y roques.
El carbonatu más abondosu ye'l carbonatu cálcicu (CACU3), que se topa en distintes formes minerales (calcita, aragonito), formando roques sedimentaries (caliares, margues) o metamórfiques (mármol) y ye de cutiu el cementu natural de delles arenisques.
Sustituyendo una parte del calciu por magnesiu llógrase la dolomita CaMg(CO3)2, que recibe'l so nome pol xeólogu francés Déodat Gratet de Dolomieu.
Munchos carbonatos son inestables a altes temperatures y pierden dióxidu de carbonu mientres se tresformen n'óxidos.
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Los carbonatos na naturaleza son formaos a partir del ácidu carbónico en solución aguacienta deriváu de la disolución del dióxidu de carbonu n'agua y na qu'una pequeña fracción forma ácidu carbónico según la reacción:
CO2 + H2O ↔ H2CO3
Esta reacción ye bien lenta y por ello parte del CO2 disueltu n'agua nun ta en forma d'ácidu carbónico. L'ácidu carbónico atopar n'equilibriu col anión bicarbonatu y el anión carbonatu según les siguientes ecuaciones:
H2CO3 + H2O ↔ HCO3- + H3O+ (K1 = 2· 10−4)
y
HCO3- + H2O ↔ CO32- (K2 = 4,8· 10−11)
Mientres munchos años pensóse que nel ion carbonatu namái dos osíxenos llevaben la carga negativa. Los estudios cristalográficos de la calcita realizaos por W.L. Bragg por aciu rayos-X revelaron que los trés enllaces C-O yeren idénticos.[1] Esta observación riquía una nueva estructura y nun foi hasta'l desenvolvimientu de la teoría de resonancia qu'en 1931 propúnxose una nueva estructura na que cada osíxenu compartía 2/3 de la carga negativa y na que los enllaces yeren parciales, ye dicir a mediu camín ente simples y dobles:
D'esta manera'l ion carbonatu tien xeometría planar con un llargor d'enllaz C-O de 1,29 Å, entendida ente l'enllaz senciellu (1,34 Å)y el doble (1,20 Å). Cada enllaz C-O ta formáu por un enllaz senciellu σ y una fracción de 2/3 d'un enllaz π.[2] El ion carbonatu ye unu de los más senciellos de los iones oxocarbono.
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Los carbonatos aplicar n'ensame de campos. Los minerales como la calcita y la dolomita son importantes na fabricación de cementu y piedra de construcción.[3] De cutiu el so usu va amestada al compuestu concretu como'l llogru de cal vivo (CaO) del carbonatu cálcicu. Otros minerales carbonatos contituyen menas de metales: whiterita de bariu; estroncianita d'estronciu; siderita de fierro; rodocrosita de manganesu; smithsonita de cinc, y cerusita de plomu.[3]
Unu de los carbonatos más importantes industrialmente ye'l carbonatu sódicu. Na naturaleza atópase en delles llagunes salines, por casu, n'Exiptu, anque la gran mayoría llograr a partir del cal nel procesu Solvay. Ye un entemediu nel llogru de productos tan desemeyaos como'l xabón, el percarbonato sódicu utilizáu como blanqueante, el vidriu, la sosa (NaOH) etc.
Les cenices de madera tamién se componen en gran midida de carbonatos. Estos dieron inclusive'l nome a un elementu, el potasiu (K) del inglés "pot ash = ceniza debaxo de la caldera" yá que se llograba davezu d'esta fonte.
Por cuenta del so calter como sales d'un ácidu débil los carbonatos utilícense tamién como bases barates. Nesta aplicación llibérase dióxidu de carbonu y en disolución queda la sal formáu pol metal que taba xuníu al carbonatu y el restu del ácidu neutralizáu:
- MCO3 + 2HX → H2O + CO2 + MX2
Onde M ye un metal, como'l calciu o magnesiu y X el anión d'un ácidu. D'esta manera'l carbonatu cálcicu n'agua lliberaría anhídridu carbónico y hidróxidu cálcicu dando llugar a soluciones básiques según los siguientes equilibrios químicos:
(1) CACU3 + H2O → HCO3- + Ca(OH)+
(2) HCO3- + H2O+ Ca(OH)+ → H2CO3 + Ca(OH)2 y l'ácidu carbónico n'agua descomponse lliberando dióxidu de carbonu según:
(3) H2CO3 → H2O + CO2
Esta reacción ye la emplegada na detección de carbonatos por cuenta de la so fervencia carauterística na que se lliberar agua y anhídridu carbónico.[4] Esisten diversos métodos de cuantificación de los carbonatos presentes nuna muestra, por aciu la cuantificación del CO2 desprendíu. Dalgunos inclúin el pasu del CO2 desprendíu por una solución aguacienta de hidróxidu de bariu, y la cuantificación del carbonatu de bariu precipitáu, ente qu'otros como la calcimetría "de Bernard"[5] consisten na detección volumétrica del dióxidu de carbonu.
El carbonatu cálcicu forma parte de la formulación de les pastes dentales.
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Esisten unos 80 minerales carbonatos, la mayoría raros.[3] Aun así, mientres los nitratos y los boratos son minerales escasos na naturaleza los carbonatos más simples son abondo abondosos. Formen parte de la composición química de numberoses roques siendo'l componente esencial de caliares, dolomítas y mármoles cristalinos. Amás son menas de numberosos metales.[6] Los minerales más importantes del grupu de los carbonatos son la calcita, el aragonito (CACU3), y la dolomita (MgCa(CO3)2). Otros importantes son la smithsonita (ZnCO3), la rodocrosita (MnCO3) y la magnesita (MgCO3). Estos arrexuntar en sub-grupos denominaos grupu de la calcita (sistema trigonal), el grupu del aragonito (sistema ortorrómbico) y los grupos de la dolomita (trigonal) y de los carbonatos monoclínicos como la malaquita (Cu2CO3(OH)2) y l'azurita (Cu3(CO3)2(OH)2), con presencia d'iones hidróxidu na so estructura.[4]
Los carbonatos suelen presentase en forma de minerales como la calcita nos que s'el calciu puede tar sustituyíu por iones Mn2+, Fe2+ o Mg2+, en series isomorfes que se exienden dende la (I) siderita (FeCO3) hasta la magnesita (MgCO3) pasando pola ankerita (FeCa(CO3)2) y la dolomita (MgCa(CO3)2); (II) dende la magnesita y siderita hasta la rodocrosita (MnCO3) y (III) dende la dolomita y ankerita hasta la kutnahorita.[4],[7]
Los carbonatos suelen tener una durez media con valores de típicos de 3 - 5 na escala de Mohs.[8]
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Na siguiente tabla periódica ordenar los sales carbonataes según los elementos correspondientes, con indicación del so pesu molecular (g/mol). Amás de los carbonatos indicaos na tabla periódica siguiente tamién esisten otros como'l carbonatu amónico (NH4)2CO3 y el bicarbonatu de amonio (NH4)HCO3.
| 63, 03 H2CO3 |
He | ||||||||||||||||
| 73,89 Li2CO3 |
69,02 BeCO3 |
B |
C |
N |
O |
F |
Ne | ||||||||||
| 105,99 Na2CO3 |
84,31 MgCO3 |
233,99 A el2(CO3)3 |
Si |
P |
S |
Cl |
Ar | ||||||||||
| 138,20 K2CO3 |
100,87 CACU3 |
Sc |
Ti |
V |
Cr |
114,95 MnCO3 |
115,84 FeCO3 |
118,94 [[Carbonatu de cobaltu COCU3]] |
118,70 NiCO3 |
123,55 [[Carbonatu de cobre CUCU3]] |
125,38 ZnCO3 |
Ga |
Ge |
As |
Se |
Br |
Kr |
| 230,94 Rb2CO3 |
147,63 SrCO3 |
Y |
Zr |
Nb |
Mo |
Tc |
Ru |
Rh |
Pd |
275,74 Ag2CO3 |
176,41 CdCO3 |
In |
Sn |
Sb |
Te |
I |
Xe |
| 325,82 Cs2CO3 |
197,34 BaCO3 |
✶ | Hf |
Ta |
W |
Re |
Os |
Dir |
Pt |
Au |
Hg |
468,77 Tl2CO3 |
267,21 PbCO3 |
Bi |
Po |
At |
Rn |
Fr |
Ra |
◘ | Rf |
Db |
Sg |
Bh |
Hs |
Mt |
Ds |
Rg |
Cn |
Nh |
Fl |
Mc |
Lv |
Ts |
Og |
| ✶ | Lantánidos | 457,84 La2(CO3)3 |
Ce |
Pr |
Nd |
Pm |
Sm |
Eu |
Gd |
Tb |
Dy |
Ho |
Er |
Tm |
Yb |
Lu |
|
| ◘ | Actínidos | 89 Ac |
90 Th |
91 Pa |
92 O |
93 Np |
94 Pu |
95 Am |
96 Cm |
97 Bk |
98 Cf |
99 Ye |
100 Fm |
101 Md |
102 Non |
103 Lr |
| Alcalinos | Alcalinotérreos | Lantánidos | Actínidos | Metales de transición |
| Metales del bloque p | Metaloides | Non metales |
bgcolor="#ffff99"|Halóxenos |
Gases nobles y Transactínidos |
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Como se comentó más arriba, los carbonatos reaccionen colos ácidos lliberando agua y dióxidu de carbonu. Pal casu del carbonatu cálcicu:
- CACU3 + 2HCl → CaCl2 + H2O + CO2
Los sales carbónicos formar en medios aguacientos nos qu'esisten cationes metálicos disueltos y nos que se infunde una corriente de dióxidu de carbonu. Esti procesu se esquematiza por aciu les siguientes reacciones:
1) CO2 (g) + H2O → H2CO3 (acu.)
2) H2CO3↔ H+ + HCO3-
3) HCO3- ↔ H+ + CO32-
De la mesma cationes metálicos con cargues positives, M+, M2+ o M3+ reaccionaren col anión carbonatu pa dar los siguientes sales:
4) 2M+ + CO32- → M2CO3
5) M2+ + CO32- → MCO3
6) 2M3+ + 3CO32- → M2(CO3)3
La reacción (5) ye'l casu de la formación de depósitos caliares o karst en formes d'estalactites, estalagmites o incrustaciones en zones riques en caliares y roques carbonataes:
- Ca2+(acu.) + CO32- → CACU3 (s)
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Los carbonatos descompónense térmicamente esprendiendo dióxidu de carbonu y dando llugar al óxidu metálicu correspondiente según la siguiente reacción:
M2CO3 → M2O + CO2 (cationes alcalinos: Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+)
MCO3 → MO + CO2 (cationes alcalinotérreos: Be2+, Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+, Ra2+)
La estabilidá térmica de los carbonatos crez col tamañu de los cationes que los componen.[2] D'esta manera pa un periodu dau la estabilidá crez col grupu (alcalinotérreos> alcalinos) y pa un grupu dau aumenta según baxamos: MgCO3 (400 °C), CACU3 (900 °C), SrCO3 (1290 °C), BaCO3 (1360 °C).[9] Al procesu de descomposición de la calcita denominar calcinación, deriváu del procesu de llogru de cal vivo a partir del carbonatu cálcicu:
- CACU3 → CaO + CO2 (g)
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Los carbonatos orgánicos son ésteres del ácidu carbónico. Pueden formase a partir de fosgeno (Cl2C=O) y l'alcohol correspondiente.
Especialmente los policarbonatos basaos en dialcoholes como'l 2,2-bis(4-hidroxifenil)-propanu (HOC6H4-C(CH3)2-C6H4OH) adquirieron importancia como materiales altamente tresparentes na fabricación de los CD o como sustitutu del vidriu.
- Bicarbonatu
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