คาร์บอเนต

แอนไอออนคาร์บอเนต
โครงสร้าง เรโซแนนซ์ของแอนไอออน คาร์บอเนต
แอนไอออนคาร์บอเนต   คาร์บอน , C   ออกซิเจน , O
ชื่อ
ชื่อ IUPAC ที่นิยมใช้ คาร์บอเนต
ชื่อตามระบบ IUPAC ไตรออกซิโดคาร์บอเนต[ 1 ] : 127
ตัวระบุ
หมายเลข CAS	3812-32-6
โมเดล 3 มิติ ( JSmol )	ภาพแบบโต้ตอบ
เคมสไปเดอร์	18519
PubChem CID	19660
มหาวิทยาลัย	7UJQ5OPE7D Y
อินชิ InChI=1S/CH2O3/c2-1(3)4/h(H2,2,3,4)/p-2 คีย์:  BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L InChI=1/CH2O3/c2-1(3)4/h(H2,2,3,4)/p-2 รหัส:  BVKZGUZCCUSVTD-NUQVWONBAE
รอยยิ้ม C(=O)([O-])[O-]
คุณสมบัติ
สูตรเคมี	CO 2− 3
มวลโมลาร์	60.008 กรัม·โมล−1
กรดคอนจูเกต	ไบคาร์บอเนต
เว้นแต่จะระบุไว้เป็นอย่างอื่น ข้อมูลที่ให้ไว้เป็นข้อมูลสำหรับวัสดุในสภาวะมาตรฐาน (ที่อุณหภูมิ 25  °C [77  °F] ความดัน 100  kPa) ข้อมูลอ้างอิงในกล่องข้อมูล

คาร์บอเนตเป็นเกลือของกรดคาร์บอนิก(H₂CO₃ [ 2 ] ^{ซึ่งลักษณะเฉพาะ}คือการมีไอออนคาร์บอเนตซึ่งเป็นไอออนหลายอะตอมที่มีสูตรCO₂⁻³คำว่า "คาร์บอเนต" อาจหมายถึง เอสเทอ ร์คาร์บอเนตซึ่งเป็นสารประกอบอินทรีย์ที่มีหมู่คาร์บอเนตO=C(−O−)

นอกจากนี้ คำนี้ยังใช้เป็นคำกริยาเพื่ออธิบายกระบวนการคาร์บอเนชั่น ซึ่งก็ คือกระบวนการเพิ่มความเข้มข้นของไอออนคาร์บอเนตและ ไบ คาร์บอเนตในน้ำเพื่อผลิตน้ำอัดลมและเครื่องดื่มอัดลมอื่นๆโดยการเติม ก๊าซ คาร์บอนไดออกไซด์ภายใต้ความดัน หรือโดยการละลายเกลือคาร์บอเนตหรือไบคาร์บอเนตลงในน้ำ 

ในทางธรณีวิทยาและแร่ธาตุวิทยาคำว่า "คาร์บอเนต" สามารถหมายถึงทั้งแร่คาร์บอเนตและหินคาร์บอเนต (ซึ่งประกอบด้วยแร่คาร์บอเนตเป็นหลัก) และทั้งสองอย่างนี้มีไอออนคาร์บอเนตCO₂⁻³ เป็น องค์ประกอบหลัก แร่ คาร์บอเนตมีความหลากหลายอย่างมากและพบได้ทั่วไปในหินตะกอน ที่เกิด จาก การตกตะกอนทางเคมี แร่ ที่พบได้บ่อยที่สุด ได้แก่แคลไซต์หรือแคลเซียมคาร์บอเนต CaCO₃ ซึ่งเป็นองค์ประกอบหลักของหินปูน (รวมถึงเป็นองค์ประกอบหลักของ เปลือก หอยและ โครงกระดูก ปะการัง ) โดโลไมต์ซึ่งเป็นแคลเซียมแมกนีเซียมคาร์บอเนต (CO₃ ₂ ไซเดอไรต์หรือเหล็ก(II)คาร์บอเนต FeCO₃ ซึ่งแร่เหล็กที่สำคัญโซเดียมคาร์บอเนต ("โซดา" หรือ "นาตรอน") Na₂CO₃ โพแทสเซียม ( "โพแทช") K₂CO₃ ถูก นำมาใช้ตั้งแต่สมัยโบราณเพื่อการทำความสะอาดและถนอมรักษา รวมถึงการผลิตแก้วคาร์บอเนตถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม เช่น ในการถลุงเหล็ก เป็นวัตถุดิบสำหรับปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์และการผลิตปูนขาว ในส่วนประกอบของเคลือบเซรามิและ อื่น การประยุกต์ใช้ใหม่ของคาร์บอเนตโลหะอัลคาไล ได้แก่ การเก็บพลังงานความร้อน^{[ 3 ] [ 4 ]}และการใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา^{[ 5 ]}และอิเล็กโทรไลต์ทั้งเซลล์เชื้อเพลิงคาร์บอเนตหลอมเหลว^{[ 6 ]}และในสังเคราะห์ด้วยไฟฟ้าของH₂O₂ในตัวกลางที่เป็นน้ำ^{[ 7 ]}

ไอออนคาร์บอเนตเป็นแอนไอออนออกโซคาร์บอน ที่ง่ายที่สุด ประกอบด้วย อะตอม คาร์บอน หนึ่งอะตอมล้อมรอบด้วยอะตอม ออกซิเจนสามอะตอมใน โครงสร้าง ระนาบสามเหลี่ยมโดยมีสมมาตรโมเลกุลD มีมวลโมเลกุล 60.01 กรัม/โมลและมีประจุฟอร์มัล รวม −2 เป็นเบสคู่ควบของไอออนไฮโดรเจนคาร์บอเนต (ไบคาร์บอเนต) ^{[ 8 ]} HCO − 3ซึ่งเป็นเบสคู่ควบของH CO กรดคาร์บอนิก 

โครงสร้างลูอิสของไอออนคาร์บอเนตมีพันธะเดี่ยว (ยาว) สองพันธะกับอะตอมออกซิเจนที่มีประจุลบ และพันธะคู่สั้นหนึ่งพันธะกับอะตอมออกซิเจนที่เป็นกลาง

โครงสร้างนี้ไม่สอดคล้องกับสมมาตรที่สังเกตได้ของไอออน ซึ่งหมายความว่าพันธะทั้งสามมีความยาวเท่ากันและอะตอมออกซิเจนทั้งสามนั้นเทียบเท่ากัน เช่นเดียวกับกรณีของไอออนไนเตร ต ที่มีอิเล็กตรอนเท่ากัน สมมาตรสามารถเกิดขึ้นได้จากการสั่นพ้องระหว่างโครงสร้างทั้งสาม:

ปรากฏการณ์เรโซแนนซ์นี้สามารถสรุปได้ด้วยแบบจำลองที่มีพันธะเศษส่วนและ ประจุ ที่กระจายตัว :

โดยทั่วไปแล้วโลหะคาร์บอเนตจะสลายตัวเมื่อได้รับความร้อน ปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ออกมาและเหลือไว้ซึ่งออกไซด์ของโลหะ^{[ 2 ]}กระบวนการนี้เรียกว่า การ เผา(calcination)ตามชื่อภาษาละตินของปูนขาวหรือแคลเซียมออกไซด์ CaO ซึ่งได้มาจาก การเผาหินปูนในเตาเผาปูนขาว

CaCO₃ → CaO

ดังที่แสดงให้เห็นจากความสัมพันธ์กับCa ²⁺คาร์บอเนตเป็นลิแกนด์สำหรับแคตไอออนโลหะหลายชนิดสารประกอบเชิงซ้อนคาร์บอเนตและไบคาร์บอเนตของโลหะทรานซิชันมีไอออนโลหะที่เชื่อมต่อกับคาร์บอเนตด้วยพันธะโควาเลนต์ในรูปแบบการเชื่อมต่อที่หลากหลาย

ลิเธียมโซเดียมโพแทสเซียมรูบิเดียมซีเซียมและแอมโมเนียมคาร์บอเนตเป็นเกลือที่ละลายน้ำได้ แต่คาร์บอเนตของไอออน 2+ และ 3+ มักละลายน้ำได้น้อย ในบรรดาคาร์บอเนตของโลหะที่ไม่ละลายน้ำนั้น แคลเซียมคาร์บอเนต( CaCO₃ มีความสำคัญเพราะเมื่อตกตะกอนจะสะสมอยู่ในท่อและขัดขวางการไหลผ่านท่อ น้ำกระด้างมีสารนี้อยู่มาก จึงทำให้จำเป็นต้องมีการ ปรับ สภาพน้ำ เพื่อ ลดความกระด้างของน้ำ ในระบบโครงสร้าง พื้นฐาน

โดยทั่วไป การทำให้คาร์บอเนตเป็นกรดจะปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ออกมา :

CaCO + 2 HCl → CaCl + CO + H O

ดังนั้น คราบหินปูนจึงสามารถกำจัดได้ด้วยกรด

ในสารละลาย สมดุลระหว่างคาร์บอเนต ไบคาร์บอเนต คาร์บอนไดออกไซด์ และกรดคาร์บอนิกมีความไวต่อค่า pH อุณหภูมิ และความดัน แม้ว่าคาร์บอเนตไดวาเลนต์และไตรวาเลนต์จะละลายได้น้อย แต่เกลือไบคาร์บอเนตกลับละลายได้มากกว่ามาก ความแตกต่างนี้เกี่ยวข้องกับพลังงานแลตติส ที่แตกต่างกัน ของของแข็งที่ประกอบด้วยโมโนแอนไอออนและไดแอนไอออน รวมถึงโมโนแอนไอออนและไดแคตไอออน^{[ 9 ]}

ในสารละลายในน้ำคาร์บอเนต ไบคาร์บอเนต คาร์บอนไดออกไซด์ และกรดคาร์บอนิก จะอยู่ในภาวะสมดุลแบบไดนามิกในสภาวะที่เป็นเบสเข้มข้น ไอออนคาร์บอเนตจะมีปริมาณมากกว่า ในขณะที่ในสภาวะที่เป็นเบสอ่อนไอออน ไบคาร์บอเนต จะมีปริมาณมากกว่า ในสภาวะที่เป็นกรดมากขึ้นคาร์บอนไดออกไซด์ ในสารละลาย ( CO₂ (aq)) เป็นรูปแบบหลัก ซึ่งเมื่อรวมกับน้ำ ( ) จะอยู่ในภาวะสมดุลกับกรดคาร์บอนิกโดยสมดุลจะเอนเอียงไปทางคาร์บอนไดออกไซด์อย่างมาก ดังนั้นโซเดียมคาร์บอเนต จึง เป็นเบสโซเดียมไบคาร์บอเนตเป็นเบสอ่อน ในขณะที่คาร์บอนไดออกไซด์เองเป็นกรดอ่อน 

ในเคมีอินทรีย์คาร์บอเนตยังหมายถึงหมู่ฟังก์ชันภายในโมเลกุลขนาดใหญ่ที่มีอะตอมคาร์บอนเชื่อมต่อกับอะตอมออกซิเจนสามอะตอม โดยหนึ่งในนั้นมีพันธะคู่ สารประกอบเหล่านี้เรียกอีกอย่างว่า ออร์กาโนคาร์บอเนต หรือ คาร์บอเนตเอสเทอร์ และมีสูตรทั่วไปคือR−O−C(=O)−O−R′หรือRR′CO₃ ออร์กาโนคาร์บอเนต สำคัญ ได้แก่ไดเมทิลคาร์บอเนตสารประกอบวงแหวนเอทิลีนคาร์บอเนตและโพรพิลีนคาร์บอเนตและไตรฟอสจีน ซึ่งเป็นสารทดแทนฟอสจีน

ปฏิกิริยาย้อนกลับสามอย่างควบคุม สมดุล pHของเลือดและทำหน้าที่เป็นบัฟเฟอร์เพื่อรักษาเสถียรภาพในช่วง 7.37–7.43: ^{[ 10 ] [ 11 ]}

1. H ⁺ + HCO − 3 ⇌ H CO
2. H CO ⇌ CO (aq) + H O
3. CO₂ aq) ⇌ CO₂ g)

CO2ที่หายใจออก จะทำให้ CO2 (aq) ลดลง ซึ่ง ใช้ H2CO3ต่อไปทำให้สมดุลของปฏิกิริยาแรกพยายามฟื้นฟูระดับของกรดคาร์บอนิกโดยการทำปฏิกิริยาของไบคาร์บอเนตกับไอออนไฮโดรเจน ซึ่งเป็นตัวอย่างของของชาเตลิเยร์ผลที่ได้คือทำให้เลือดมีความเป็นด่างมากขึ้น (ค่า pH สูงขึ้น) ตามหลักการเดียวกัน เมื่อค่า pH สูงเกินไป ไตจะขับไบคาร์บอเนต ( HCO − 3 ) ออกทางปัสสาวะในรูปของยูเรียผ่านวัฏจักรยูเรีย (หรือวัฏจักรเครบส์-เฮนเซไลต์ออร์นิทีน) โดยการกำจัดไบคาร์บอเนตจะทำให้เกิดH ^{+ มากขึ้นจากกรด} ร์บอ นิก (H2CO3 ซึ่งมาจากCO2 (g)ที่ผลิตโดย การหายใจ ^{ระดับ}เซลล์^[]

ที่สำคัญคือ บัฟเฟอร์ที่คล้ายกันนี้เกิดขึ้นในมหาสมุทร ปัจจัยสำคัญในการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศและวัฏจักรคาร์บอนในระยะยาว เนื่องมาจากสิ่งมีชีวิตในทะเลจำนวนมาก (โดยเฉพาะปะการัง) ซึ่งประกอบด้วยแคลเซียมคาร์บอเนต การละลายของคาร์บอเนตที่เพิ่มขึ้นเนื่องจากอุณหภูมิที่สูงขึ้นส่งผลให้การผลิตแคลไซต์ในทะเลลดลงและความ เข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศเพิ่มขึ้น ซึ่งในทางกลับกัน จะทำให้อุณหภูมิของโลกสูงขึ้น ปริมาณCO2−3ที่มีอยู่มีขนาดทางธรณีวิทยา และในที่สุดปริมาณจำนวนมากอาจละลายกลับลงสู่ทะเลและปล่อยสู่บรรยากาศ ทำให้ระดับ CO2 เพิ่มสูงไปอีก^{[ 13 ]}

• ภาพรวมของคาร์บอเนต:

โดยทั่วไปเชื่อกันว่าการมีอยู่ของคาร์บอเนตในหินเป็นหลักฐานที่ชัดเจนของการมีอยู่ของน้ำเหลว การสังเกตการณ์ล่าสุดของเนบิวลาดาวเคราะห์NGC 6302แสดงให้เห็นหลักฐานของคาร์บอเนตในอวกาศ^{[ 14 ]}ซึ่งการเปลี่ยนแปลงทางน้ำที่คล้ายกับบนโลกนั้นไม่น่าจะเกิดขึ้นได้ มีการเสนอแร่ธาตุอื่นๆ ที่จะสอดคล้องกับการสังเกตการณ์

พบแหล่งสะสมคาร์บอเนตจำนวนเล็กน้อย บนดาวอังคารผ่านการถ่ายภาพสเปกตรัม ^{[ 15 ]}และอุกกาบาตจากดาวอังคารก็มีปริมาณเล็กน้อยเช่นกัน อาจมีน้ำใต้ดินอยู่ที่Gusev ^{[ 16 ]}และMeridiani Planum ^{[ 17 ]}

• แคปคาร์บอเนต
• คาร์บอนไตรออกไซด์
• กรดออร์โธคาร์บอนิก H₄CO₄ หรือ ( OH ) เป็นโมเลกุลสมมุติที่ไม่
• ออกซาเลต
• เพอร์ออกโซคาร์บอเนต
• โซเดียมเปอร์คาร์บอเนต

วิกิมีเดียคอมมอน ส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับคาร์บอเนต

• สมดุลของคาร์บอเนต/ไบคาร์บอเนต/กรดคาร์บอนิกในน้ำ: ค่า pH ของสารละลาย ความสามารถในการบัฟเฟอร์ การไทเทรต และการกระจายตัวของชนิดสารเทียบกับค่า pH ที่คำนวณด้วยโปรแกรมสเปรดชีตฟรี
• "คาร์บอเนต" . Dictionary.com . สืบค้นเมื่อ5 เมษายน 2557 .