Carbonate
En chimie, un carbonate est un sel d' acide carbonique (H 2 CO 3 ), [2] caractérisé par la présence de l' ion carbonate , un ion polyatomique de formule CO2−
3. Le nom peut également faire référence à un ester carbonate , un composé organique contenant le groupe carbonate C(=O)(O–) 2 .
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| Des noms | |
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| Nom IUPAC préféré Carbonate | |
| Nom IUPAC systématique Trioxidocarbonate [1] : 127 | |
| Identifiants | |
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Modèle 3D ( JSmol ) | |
| ChemSpider | |
CID PubChem | |
| UNII | |
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| Propriétés | |
| CO2− 3 | |
| Masse molaire | 60,008 g·mol -1 |
| Acide conjugué | Bicarbonate |
Sauf indication contraire, les données sont données pour les matériaux dans leur état standard (à 25 °C [77 °F], 100 kPa). | |
| Références de l'infobox | |
Le terme est également utilisé comme verbe pour décrire la carbonatation : le processus d'augmentation des concentrations d' ions carbonate et bicarbonate dans l'eau pour produire de l'eau gazeuse et d'autres boissons gazeuses - soit par l'ajout de dioxyde de carbone sous pression, soit par dissolution de carbonate ou des sels de bicarbonate dans l'eau.
En géologie et en minéralogie , le terme « carbonate » peut désigner à la fois les minéraux carbonatés et la roche carbonatée (constituée principalement de minéraux carbonatés), et les deux sont dominés par l'ion carbonate, CO2−
3. Les minéraux carbonatés sont extrêmement variés et omniprésents dans les roches sédimentaires précipitées chimiquement . Les plus courants sont la calcite ou carbonate de calcium , CaCO 3 , le principal constituant du calcaire (ainsi que le composant principal des coquilles de mollusques et des squelettes de corail ); la dolomie , un carbonate de calcium-magnésium CaMg(CO 3 ) 2 ; et la sidérite , ou carbonate de fer (II), FeCO 3 , un important minerai de fer . Le carbonate de sodium ("soude" ou "natron") et le carbonate de potassium ("potasse") sont utilisés depuis l'antiquité pour le nettoyage et la conservation, ainsi que pour la fabrication du verre . Les carbonates sont largement utilisés dans l'industrie, comme dans la fonte du fer, comme matière première pour la fabrication de ciment Portland et de chaux , dans la composition de glaçures céramiques , etc.
Structure et collage
L'ion carbonate est l' anion oxocarbone le plus simple . Il se compose d'un atome de carbone entouré de trois atomes d' oxygène , dans un arrangement plan trigonal , avec une symétrie moléculaire D 3h . Il a une masse moléculaire de 60,01 g/mol et porte une charge formelle totale de -2. C'est la base conjuguée de l' ion hydrogénocarbonate (bicarbonate) , HCO−
3, qui est la base conjuguée de H
2CO
3, acide carbonique .
La structure de Lewis de l'ion carbonate a deux liaisons simples (longues) avec des atomes d'oxygène négatifs et une double liaison courte avec un oxygène neutre.
Cette structure est incompatible avec la symétrie observée de l'ion, ce qui implique que les trois liaisons sont également longues et que les trois atomes d'oxygène sont équivalents. Comme dans le cas de l' ion nitrate isoélectronique , la symétrie peut être obtenue par une résonance entre trois structures :
Cette résonance peut être résumée par un modèle à liaisons fractionnaires et charges délocalisées :
Propriétés chimiques
Les carbonates métalliques se décomposent généralement en chauffant, libérant du dioxyde de carbone du cycle du carbone à long terme au cycle du carbone à court terme et laissant derrière eux un oxyde du métal. [2] Ce procédé est appelé calcination , d'après calx , nom latin de la chaux vive ou oxyde de calcium , CaO, qui est obtenu en faisant griller du calcaire dans un four à chaux .
Un sel de carbonate se forme lorsqu'un ion chargé positivement, M+
, M2+
, ou M3+
, s'associe aux atomes d'oxygène chargés négativement de l'ion en formant avec eux des attractions électrostatiques , formant un composé ionique :
- 2 millions+
+ CO2−
3→ M
2CO
3
- M2+
+ CO2−
3→ AGC
3
- 2 millions3+
+ 3 CO2−
3→ M
2(CO
3)
3
La plupart des sels de carbonate sont insolubles dans l' eau à température et pression standard , avec des constantes de solubilité inférieures à1 × 10 -8 . Les exceptions incluent les carbonates de lithium , de sodium , de potassium et d' ammonium , ainsi que de nombreux carbonates d'uranium .
En solution aqueuse , le carbonate, le bicarbonate, le dioxyde de carbone et l'acide carbonique existent ensemble dans un équilibre dynamique . Dans des conditions fortement basiques, l'ion carbonate prédomine, tandis que dans des conditions faiblement basiques, l' ion bicarbonate est prédominant. Dans des conditions plus acides, le dioxyde de carbone aqueux , CO 2 (aq), est la forme principale qui, avec l'eau, H 2 O, est en équilibre avec l'acide carbonique - l'équilibre se situe fortement vers le dioxyde de carbone. Ainsi, le carbonate de sodium est basique, le bicarbonate de sodium est faiblement basique, tandis que le dioxyde de carbone lui-même est un acide faible.
L'eau gazéifiée est formée en dissolvant du CO 2 dans de l'eau sous pression. Lorsque la pression partielle de CO 2 est réduite, par exemple lorsqu'une canette de soda est ouverte, l'équilibre pour chacune des formes de carbonate (carbonate, bicarbonate, dioxyde de carbone et acide carbonique) se déplace jusqu'à ce que la concentration de CO 2 dans le solution est égale à la solubilité du CO 2 à cette température et pression. Dans les systèmes vivants, une enzyme, l'anhydrase carbonique , accélère l'interconversion du CO 2 et de l'acide carbonique.
Bien que les sels de carbonate de la plupart des métaux soient insolubles dans l'eau, il n'en va pas de même des sels de bicarbonate. En solution, cet équilibre entre le carbonate, le bicarbonate, le dioxyde de carbone et l'acide carbonique change constamment selon les conditions changeantes de température et de pression. Dans le cas d'ions métalliques avec des carbonates insolubles, tels que CaCO 3 , il en résulte la formation de composés insolubles. C'est une explication de l'accumulation de tartre à l'intérieur des tuyaux causée par l' eau dure .
Carbonate dans la nomenclature inorganique
Le nom IUPAC de l'additif systématique pour l'anion carbonate est trioxidocarbonate(2−). [1] : 127 De même, l' anion cyanure CN − est nommé nitridocarbonate(1−). [1] : 291 Cependant, suivre la même logique pour le carbonate(4−) ( acide orthocarbonique ), par similitude au silicate(4−) ( acide orthosilicique ), dans la nomenclature additive systématique n'a pas de sens car cette espèce n'a jamais été identifiée dans des conditions normales de température et de pression. L'acide orthocarbonique est énergétiquement beaucoup moins stable que l'acide orthosilicique et ne peut pas exister dans des conditions normales en raison de la configuration orbitale énergétiquement défavorable d'un seul atome de carbone central lié à quatre atomes d'oxygène. [1] : 287 [3]
Carbonates organiques
En chimie organique, un carbonate peut également faire référence à un groupe fonctionnel au sein d'une molécule plus grosse qui contient un atome de carbone lié à trois atomes d'oxygène, dont l'un est doublement lié. Ces composés sont également appelés organocarbonates ou esters carbonatés, et répondent à la formule générale ROCOOR′, ou RR′CO 3 . Les organocarbonates importants comprennent le carbonate de diméthyle , les composés cycliques carbonate d'éthylène et carbonate de propylène , et le substitut du phosgène, le triphosgène .
Amortir
Il agit comme un tampon dans le sang de la manière suivante : lorsque le pH est bas, la concentration en ions hydrogène est trop élevée, donc on expire du CO 2 . Cela entraînera un décalage de l'équation vers la gauche, [ explication supplémentaire nécessaire ] diminuant essentiellement la concentration d' ions H + , provoquant un pH plus basique.
Lorsque le pH est trop élevé, la concentration d'ions hydrogène dans le sang est trop faible, de sorte que les reins excrètent du bicarbonate ( HCO−
3). Cela provoque un décalage de l'équation vers la droite, augmentant essentiellement la concentration d'ions hydrogène, provoquant un pH plus acide.
Trois réactions réversibles importantes contrôlent l'équilibre du pH ci-dessus : [4]
- H 2 CO 3 H + + HCO−
3
- H 2 CO 3 CO 2 + H 2 O
- CO 2 (aq) ⇌ CO 2 (g)
Le CO 2 exhalé (g) épuise le CO 2 (aq), qui à son tour consomme H 2 CO 3 , provoquant le décalage à gauche mentionné ci-dessus dans la première réaction par le principe de Le Châtelier . Par le même principe, lorsque le pH est trop élevé, les reins sécrètent du bicarbonate ( HCO−
3) dans l'urine sous forme d'urée via le cycle de l' urée (ou cycle de Krebs-Henseleit ornithine). En éliminant le bicarbonate, plus de H + est généré à partir d'acide carbonique (H 2 CO 3 ), qui provient du CO 2 (g) produit par la respiration cellulaire .
Fondamentalement, ce même tampon fonctionne dans les océans. C'est un facteur majeur du changement climatique et du cycle du carbone à long terme, en raison du grand nombre d'organismes marins (notamment les coraux) qui sont formés de carbonate de calcium. Une solubilité accrue du carbonate par des températures plus élevées entraîne une production plus faible de calcite marine et une concentration accrue de dioxyde de carbone atmosphérique. Ceci, à son tour, augmente la température de la Terre. Le tonnage de CO2−
3est à l'échelle géologique et peuvent tous être redissous dans la mer et rejetés dans l'atmosphère, augmentant encore plus les niveaux de CO 2 . [ citation nécessaire ]
Sels de carbonate
- Aperçu des carbonates :
Présence en dehors de la Terre
On pense généralement que la présence de carbonates dans la roche est une preuve solide de la présence d'eau liquide. Des observations récentes de la nébuleuse planétaire NGC 6302 montrent des preuves de carbonates dans l'espace, [5] où une altération aqueuse similaire à celle sur Terre est peu probable. D'autres minéraux ont été proposés qui pourraient correspondre aux observations.
Jusqu'à récemment , aucun gisement de carbonate n'a été trouvé sur Mars par télédétection ou par missions in situ, même si les météorites martiennes en contiennent de petites quantités. L'eau souterraine peut avoir existé à Gusev [6] et Meridiani Planum . [7]
Voir également
- Bouchon carbonates
- Acide orthocarbonique , H
4CO
4, ou C(OH)
4, une hypothétique molécule instable - Oxalate
- Peroxocarbonate
- Percarbonate de sodium
Les références
- ^ A b c d ' Union internationale de chimie pure et appliquée (2005). Nomenclature de la chimie inorganique (Recommandations IUPAC 2005). Cambridge (Royaume-Uni) : RSC – IUPAC . ISBN 0-85404-438-8 . Version électronique.
- ^ un b Chisholm, Hugh, éd. (1911). . Encyclopædia Britannica (11e éd.). La presse de l'Universite de Cambridge.
- ^ Al-Shemali Moustafa ; Boldyre Alexandre Ier (2002). « Recherche d'orthocarbonates ioniques : étude ab initio de Na 4 CO 4 ». J. Phys. Chem. A . 106 (38) : 8951-8954. doi : 10.1021/jp020207+ .
- ^ " Copie archivée " . Archivé de l'original le 2011-07-21 . Récupéré le 2010-09-05 .CS1 maint: copie archivée comme titre ( lien )
- ^ Kemper, F., Molster, FJ, Jager, C. et Waters, LBFM (2001) La composition minérale et la distribution spatiale des poussières éjectées de NGC 6302. Astronomy & Astrophysics 394 , 679-690.
- ^ Squyres, sud-ouest ; et al. (2007). "Activité pyroclastique à la plaque d'accueil dans le cratère Gusev, Mars" (PDF) . Sciences . 316 (5825) : 738-742. Bibcode : 2007Sci ... 316..738S . doi : 10.1126/science.1139045 . hdl : 2060/20070016011 . PMID 17478719 .
- ^ Squyres, sud-ouest ; et al. (2006). "Aperçu de la mission Opportunity Mars Exploration Rover à Meridiani Planum: Eagle Crater to Purgatory Ripple" (PDF) . Journal de recherche géophysique : planètes . 111 (E12) : n/a. Bibcode : 2006JGRE..11112S12S . doi : 10.1029/2006JE002771 . hdl : 1893/17165 .
Liens externes
- Équilibre carbonate/bicarbonate/acide carbonique dans l'eau : pH des solutions, capacité tampon, titrage et distribution des espèces par rapport au pH calculé avec un tableur gratuit
- "Carbonate" . Dictionary.com . Consulté le 5 avril 2014 .