كربونات

نموذج لأيون الكربونات.

الكربونات في الكيمياء هو ملح حمض الكربونيك وله الصيغة ²⁻CO₃، وله شحنة كهربائية مقدارها -2.

وقد تعني التسمية استر لحامض الكربونيك، وهو مركب عضوي يحتوي على مجموعة كربونات C(=O)(O–)₂.

من الأملاح المشهورة أيضا البيكربونات bicarbonate وكلاهما ينتج من ثاني أكسيد الكربون.

تنتج أملاح لكربونات من حمض الكربونيك (H₂CO₃). يحتوي جزيء هذا الحمض على ذرتين من الهيدروجين وتنشأ منها الهيدروكربونات ورمزها الكيمايئي M^IHCO₃ والكربونات وصيغتها الكيميائية M^I₂CO₃ وتنشأ الكربونات من أيون الكربونات الذي له شحنتين سالبتين: CO₃²⁻.

وصيغة استر حمض الكربونات هي R¹−O−C(=O)−O−R² حيث R¹ und R² مجموعة ألكيل أو مجموعة أريل تحتويان على الكربون. بولي كربونات وصيغتها العامة: (O−R−O−C(=O)−)_n.

خواص الكربونات

شكل أنيون الكربونات مسطحا وتفصل بين ذرات الأكسجين فيه زوايا قدرها 120° متمركزة على ذرة الكربون، ويبلغ الرابطة بين الأكسجين وذرة الكربون نحو 130 بيكومتر وهي مسافة تقارن بمسافة الرابطة الأحادية C-O- التي تبلغ 143 بيكومتر والرابطة الثنائية C=O-التي تبلغ طولها 123 بيكومتر.^[1]

تنتمي الكربونات إلى الأملاح الأيونية وهل لذلك تكون متبلورة في درجة حرارة الغرفة. ولا يبدي لأنيون الكربونات لونا، وعندما يكون ملح الكربونات ملونا فيأتي لونه من الكاتيون المرتبط بأنيون الكربونات. وليس للكربونات رائحة.

بالنسبة للدوبان فبخلاف كربونات العناصر القلوية فلا تذوب في الماء، وهذا يجعل تفاعلات الفلزات تترسب عند تفاعلها مع كربونات القلويات.

تفاعلات الكربونات

• تفاعل حمض الكربونيك مع الكربونات:

${\displaystyle \mathrm {CaCO_{3}+H_{2}O+CO_{2}\longrightarrow Ca(HCO_{3})_{2}} }$

يتفاعل كربونات الكالسيوم مع الماء وثاني أكسيد الكربون ويتحول إلى هيدروكربونات الكالسيوم. وينشأ هذا التفاعل عند ذوبان الحجر الجيري في المياه الأرضية المحتوية على حمض الكربونيك. وينشأ عن ذلك الماء العسر.

• تتفكك الكربونات في الماء:

${\displaystyle \mathrm {MgCO_{3}\longrightarrow Mg^{2+}+CO_{3}^{2-}} }$

تتفكك كربونات المغنسيوم وينتج عنها أيون مغنسيوم وأيون كربونات.

• تحلل الكربونات بالحرارة:

${\displaystyle \mathrm {CaCO_{3}\longrightarrow CaO+CO_{2}} }$

تتحلل كربونات الكالسيوم إلى أكسيد الكالسيوم وثاني أكسيد الكربون، وبهذا التفاعل ننتج الجير الحي أو الكلس الحي.

تفاعلات قلوية

تتفاعل أيونات الكربونات مع الماء وأيونات الهيدروكربونات ومع أيونات الهيدروكسيد. وهي تفاعلات حمض-قلوي.

${\displaystyle \mathrm {CO_{3}^{2-}+H_{2}O\rightleftharpoons HCO_{3}^{-}+OH^{-}} }$

يتميز هذا التفاعل بتوازن كيميائي. وبسبب وجود أيون الهيدروكسيد مركزة في المحلول فتتفاعل الكربونات في المحاليل تفاعلا قلويا.

اثبات وجود الكربونات

اثبات وجود الكربونات بماء الباريت.

يمكن اثبات وجود أيونات الكربونات (CO₃²⁻) عن طريق إضافة حمض الهيدروكلوريك فينتصاعد ثاني أكسيد الكربون:

${\displaystyle \mathrm {CO_{3}^{2-}+2\ HCl\longrightarrow CO_{2}\uparrow +2\ Cl^{-}+H_{2}O} }$

ويمرر ثاني أكسيد الكربون الناشيء في ماء الجير أو ماء الباريت حيث يحدث تعكيرا أبيض اللون للماء من كربونات الكالسيوم كاربونات أو كربونات الباريوم.

${\displaystyle \mathrm {Ba(OH)_{2}\ (aq)+CO_{2}\ (g)\longrightarrow BaCO_{3}\downarrow +H_{2}O\ (l)} }$

يتفاعل هيدروكسيد الباريوم مع ثاني اكسيد الكربون وينتج كربونات الباريوم وماء.

ويعين الكربونات بدقة في محاليل مخففة منها مع تعيين الكربونات الهيدروجينية عن طريق الترسيب بإضافة حمض الهيدروكلوريك: يظهر المحلول أولا pH-value أعلى منع 8,3 ومع زايدة أضافة حمض الهيدروكلوريك تصل إلى pH 8,3 وهي تعادل تركيز الكربونات. ومع استهلاك الحمض حتى الوصول إلى pH 4,3 فيصبح مقدار الحمض المستهلك مجموع الكبربونات والهيدروكربونات. وعندما يكون محلول الكربونات الأصلي تحت pH 8,3 يكتفى المعايرة حتى 3و4 (فيتبقى هيدروكربونات فقط) ويحتسب مقدار الحمض المستهلك.

وجودها وأهم أملاحها

توجد الكربونات كثيرا في الطبيعة في صورة معادن مختلفة. وطبقا لتصنيف شترونز للمعادن فهي تكون مع النترات صنفا معدنيا واحدا. كما يضم تصنيف دانا إليهما البورات.

ومن الأملاح الهامة نجد كربونات الباريوم (وثيريت وكربونات الكالسيوم (أراجونيت) والكالسيت، كذلك نجد كربونات الحديد سيديريت وكربونات النحاس القاعدية أزوريت ومالاخيت، وكربونات المغنسيوم مغنيسيت، وكربونات المنجنيز.

وكربونات الصوديوم (جايلوسيت) والنتريت والصودا وكربونات الزنك (سميثونيت).^[2]. وبعض عائلة الكربونات نجدها في دولوميت وهو كربونات الكالسيوم والمغنسيوم الذي يوجد دائما في الطبيعة كمخلوط مع البوتاس كربونات الكالسيوم. وتحتوي الكرة الصخرية للأرض على كمية من الكربونات تقدر بنحو 2,9·10¹⁶ طن.^[1]

اقرأ أيضًا

• حمض الكربونيك
• بيكربونات
• كبريتات
• أنهيدريد

المصادر

موسوعات ذات صلة :

• موسوعة علم طبقات الأرض
• موسوعة الكيمياء
• موسوعة علم الأحجار الكريمة والمجوهرات