Kohlensäure- und Carbonatsalze

Carbonat- und Hydrogencarbonatsalze

Diese Salze können durch die Reaktion von Kohlendioxid mit Metalloxiden bzw. Metallhydroxiden hergestellt werden.CO2 + O2 → CO32-
CO2 + OH- → HCO3- Wenn zum Beispiel eine wässrige Lösung von Natriumhydroxid (NaOH) mit Kohlendioxid gesättigt ist, bildet sich in Lösung Natriumhydrogencarbonat, NaHCO3.Na+ + OH- + CO2 → Na+ + HCO3- Wenn das Wasser entfernt wird, wird die feste Verbindung auch Natriumbicarbonat oder Backpulver genannt. Wenn Backsoda in der Küche verwendet wird und zum Beispiel Brot oder Kuchen zum Aufgehen bringt, beruht dieser Effekt auf der Reaktion des basischen Hydrogencarbonat-Anions (HCO3-) mit einer zugesetzten Säure, wie Kaliumhydrogentartrat (Weinstein), KHC4H4O6, oder Calciumdihydrogenphosphat, Ca(H2PO4)2. Solange die Soda trocken ist, findet keine Reaktion statt. Bei Zugabe von Wasser oder Milch findet eine Säure-Base-Neutralisierung statt, bei der gasförmiges Kohlendioxid und Wasser entstehen. Das Kohlendioxid wird im Teig eingeschlossen, und beim Erhitzen dehnt sich das Gas aus und erzeugt die charakteristische Textur von Keksen und Brot.

Karbonate sind mäßig starke Basen. Wässrige Lösungen sind basisch, weil das Carbonat-Anion ein Wasserstoff-Ion aus dem Wasser aufnehmen kann.CO32- + H2O ⇌ HCO3- + OH- Carbonate reagieren mit Säuren und bilden Salze des Metalls, gasförmiges Kohlendioxid und Wasser. Diese Reaktion findet statt, wenn ein Antazidum, das den Wirkstoff Calciumcarbonat (CaCO3) enthält, mit Magensäure (Salzsäure) reagiert.CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O Das Hydrogencarbonat-Anion ist ebenfalls eine Base.HCO3- + H3O+ → H2CO3 + H2O → CO2 + 2H2O Als Base ist es sogar stärker als als Säure. Aus diesem Grund sind wässrige Lösungen von Hydrogencarbonatsalzen schwach alkalisch (basisch) und auch Wirkstoffe in vielen Antazida.HCO3- + H2O ⇌ H2CO3 + OH- Werden gleiche Mengen Natriumhydroxid und eine Lösung von Natriumhydrogencarbonat zusammengebracht und die Lösung dann eingedampft, bilden sich Kristalle einer hydratisierten Form von Natriumcarbonat. Diese Verbindung, Na2CO3 – 10H2O, wird manchmal als Waschsoda bezeichnet. Sie kann als Wasserenthärter verwendet werden, da sie unlösliche Karbonate bildet, z. B. Kalziumkarbonat, die dann aus dem Wasser gefiltert werden können. Durch leichtes Erhitzen des hydratisierten Natriumcarbonats entsteht die wasserfreie Verbindung Na2CO3, die in der chemischen Industrie als Soda oder einfach als Soda bezeichnet wird. Es handelt sich um eine wichtige Industriechemikalie, die in großem Umfang bei der Herstellung anderer Chemikalien, von Glas, Seife, Papier und Zellstoff, Reinigungsmitteln und Wasserenthärtern sowie bei der Raffination von Erdöl verwendet wird.

Eine interessante Verwendung von Lithiumcarbonat, Li2CO3, geht auf die Entdeckung zurück, dass kleine Dosen des Salzes, die oral verabreicht werden, eine wirksame Behandlung für manisch-depressive Psychosen darstellen. Die Wirkungsweise dieser Behandlung ist noch nicht vollständig geklärt, hängt aber mit ziemlicher Sicherheit mit der Wirkung des Li+-Ions auf das Na+:K+- oder das Mg2+:Ca2+-Gleichgewicht im Gehirn zusammen.

Das Mineral Calciumcarbonat ist besser bekannt als Kalkstein, ein Mineral, das nach den silikatbildenden Mineralien in der Erdkruste am zweithäufigsten vorkommt. Der meiste Kalkstein besteht aus Calcit, der Niedrigtemperaturform von Calciumcarbonat. Calcit entsteht, wenn CaCO3 unter 30 °C (86 °F) ausgefällt wird. Das Kalziumkarbonat, das über 30 °C ausfällt (die Hochtemperaturform), wird als Aragonit bezeichnet. Transparentes Kalzit, manchmal auch als Islandspat bezeichnet, hat die ungewöhnliche Eigenschaft der Doppelbrechung oder Doppelbrechung. Das heißt, wenn ein Lichtstrahl in einen Einkristall aus Calcit eintritt, wird der Strahl in zwei Strahlen gebrochen, und es entstehen zwei Bilder von jedem Objekt, das durch den Kristall betrachtet wird.

Wenn kohlendioxidhaltiges Wasser mit Kalksteinfelsen in Kontakt kommt, lösen sich die Felsen auf, weil Ca(HCO3)2, eine wasserlösliche Verbindung, die wässrige Ca2+- und HCO3- Ionen bildet, entsteht. Diese Reaktion ist also für die Bildung von Höhlen verantwortlich, die häufig in Kalksteinfelsen zu finden sind. Wird hingegen aus Ca(HCO3)2-haltigem Wasser Kohlendioxid freigesetzt, kann sich erneut Kalziumkarbonat ablagern.Ca(HCO3)2 (wässrig) → CaCO3 + CO2 + H2O Diese Ablagerungen von Kalziumkarbonat sind die so genannten Stalaktiten und Stalagmiten, wunderschöne Gebilde in Höhlen und Kavernen. Wenn wässrige Lösungen von Ca(HCO3)2 (eine Form von hartem Wasser) erhitzt werden, kommt es in Töpfen, Kesseln und anderen Gefäßen, die diese Lösungen enthalten, häufig zu Ausfällungen von Calciumcarbonat in Form von Kesselstein (Kruste). Eine Methode zur Beseitigung der Wasserhärte besteht daher darin, wässrige Ca2+- und HCO3- Ionen als festes CaCO3 auszufällen, das dann entfernt werden kann.