Koolzuur- en carbonaatzouten

Carbonaat- en waterstofcarbonaatzouten

Deze zouten kunnen worden bereid door de reactie van kooldioxide met respectievelijk metaaloxiden en metaalhydroxiden.CO2 + O2 → CO32-
CO2 + OH- → HCO3- Bijvoorbeeld, wanneer een waterige oplossing van natriumhydroxide (NaOH) wordt verzadigd met kooldioxide, wordt natriumwaterstofcarbonaat, NaHCO3, in oplossing gevormd.Na+ + OH- + CO2 → Na+ + HCO3- Wanneer het water wordt verwijderd, wordt de vaste verbinding ook natriumbicarbonaat genoemd, of zuiveringszout. Wanneer zuiveringszout wordt gebruikt in de keuken en bijvoorbeeld brood of cake doet rijzen, is dit effect te danken aan de reactie van het basische waterstofcarbonaatanion (HCO3-) met een toegevoegd zuur, zoals kaliumwaterstoftartraat (room van wijnsteen), KHC4H4O6, of calciumdiwaterstoffosfaat, Ca(H2PO4)2. Zolang de soda droog is, treedt er geen reactie op. Wanneer water of melk wordt toegevoegd, vindt de zuur-base neutralisatie plaats, waarbij gasvormig kooldioxide en water vrijkomen. Het koolzuurgas wordt opgesloten in het beslag, en bij verhitting zet het gas uit en ontstaat de karakteristieke textuur van koekjes en broden.

Carbonaten zijn matig sterke basen. Waterige oplossingen zijn basisch omdat het anion carbonaat een waterstofion uit water kan opnemen.CO32- + H2O ⇌ HCO3- + OH- Carbonaten reageren met zuren en vormen daarbij zouten van het metaal, gasvormig kooldioxide en water. Dit is de reactie die optreedt wanneer een antacidum met het actieve bestanddeel calciumcarbonaat (CaCO3) reageert met maagzuur (zoutzuur).CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O Het waterstofcarbonaatanion is ook een base.HCO3- + H3O+ → H2CO3 + H2O → CO2 + 2H2O Het is in feite sterker als base dan als zuur. Daarom zijn waterige oplossingen van zouten van waterstofcarbonaten zwak alkalisch (basisch) en zijn ze ook actieve ingrediënten in veel maagzuurremmers.HCO3- + H2O ⇌ H2CO3 + OH- Als equivalente hoeveelheden natriumhydroxide en een oplossing van natriumwaterstofcarbonaat worden gecombineerd en de oplossing vervolgens wordt ingedampt, ontstaan kristallen van een gehydrateerde vorm van natriumcarbonaat. Deze verbinding, Na2CO3 – 10H2O, wordt ook wel wassoda genoemd. Het kan worden gebruikt als waterontharder omdat het onoplosbare carbonaten vormt – bijvoorbeeld calciumcarbonaat – die vervolgens uit het water kunnen worden gefilterd. Door het gehydrateerde natriumcarbonaat voorzichtig te verhitten ontstaat de watervrije verbinding Na2CO3, die in de chemische industrie natriumcarbonaat of gewoon soda wordt genoemd. Dit is een belangrijke industriële chemische stof die op grote schaal wordt gebruikt bij de vervaardiging van andere chemicaliën, glas, zeep, papier en pulp, reinigingsmiddelen en waterontharders en bij de raffinage van aardolie.

Een interessante toepassing van lithiumcarbonaat, Li2CO3, komt voort uit de ontdekking dat kleine doses van het zout, oraal toegediend, een effectieve behandeling zijn voor manisch-depressieve psychoses. Het is niet helemaal duidelijk hoe deze behandeling werkt, maar het heeft vrijwel zeker te maken met het effect van het Li+ ion op het Na+:K+ of het Mg2+:Ca2+ evenwicht in de hersenen.

Het mineraal calciumcarbonaat is beter bekend als kalksteen, een mineraal dat in overvloed alleen de silicaatvormende mineralen in de aardkorst overtreft. De meeste kalksteen is samengesteld uit calciet, de lage-temperatuurvorm van calciumcarbonaat. Calciet ontstaat wanneer CaCO3 wordt geprecipiteerd onder 30 °C (86 °F). Het calciumcarbonaat dat neerslaat boven 30 °C (de hoge-temperatuurvorm) staat bekend als aragoniet. Transparant calciet, soms IJslands spar genoemd, heeft de ongewone eigenschap van birefringentie, of dubbele breking. Dat wil zeggen dat wanneer een lichtstraal een enkel kristal van calciet binnenvalt, de straal in twee stralen wordt gebroken, en er twee beelden ontstaan van een voorwerp dat door het kristal wordt bekeken.

Wanneer kooldioxidehoudend water in contact komt met kalkrotsen, lossen de rotsen op doordat Ca(HCO3)2, een in water oplosbare verbinding die waterige Ca2+- en HCO3-ionen vormt, wordt gevormd. Deze reactie is dus verantwoordelijk voor de vorming van de grotten die vaak in kalksteenrotsen worden aangetroffen. Anderzijds, als bij water dat Ca(HCO3)2 bevat, kooldioxide vrijkomt, kan opnieuw calciumcarbonaat worden afgezet.Ca(HCO3)2 (waterig) → CaCO3 + CO2 + H2O Deze afzettingen van calciumcarbonaat zijn wat stalactieten en stalagmieten worden genoemd, prachtige formaties die in grotten en spelonken worden aangetroffen. Wanneer waterige oplossingen van Ca(HCO3)2 (een vorm van hard water) worden verwarmd, worden vaak neerslagen van calciumcarbonaat in de vorm van kalkaanslag (korst) waargenomen in potten, boilers en andere vaten die deze oplossingen bevatten. Een methode om de hardheid van water te verwijderen is dus het neerslaan van waterige Ca2+- en HCO3-ionen in de vorm van vast CaCO3, dat vervolgens kan worden verwijderd.