كربونات

📅 آخر تحديث: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 5 صور
الموسوعة الحرة

الكربونات هي ملح لحمض الكربونيك ( H₂CO₃ )، [2] وتتميز بوجود أيون الكربونات ، وهو أيون متعدد الذرات صيغته CO₂⁻ . وقد تشير كلمة "كربونات" أيضًا إلى إستر الكربونات ، وهو مركب عضوي يحتوي على مجموعة الكربونات O=C(−O− ) ₂ .

يُستخدم المصطلح أيضًا كفعل لوصف عملية الكربنة : وهي عملية رفع تركيزات أيونات الكربونات والبيكربونات في الماء لإنتاج المياه الغازية والمشروبات الغازية الأخرى - إما عن طريق إضافة غاز ثاني أكسيد الكربون تحت الضغط أو عن طريق إذابة أملاح الكربونات أو البيكربونات في الماء. 

في الجيولوجيا وعلم المعادن ، يُشير مصطلح "الكربونات" إلى كلٍّ من المعادن الكربوناتية والصخور الكربوناتية (المكونة أساسًا من المعادن الكربوناتية)، وكلاهما يهيمن عليه أيون الكربونات، CO₂⁻³ . تتميز المعادن الكربوناتية بتنوعها الكبير وانتشارها الواسع في الصخور الرسوبية المترسبة كيميائيًا . ومن أكثرها شيوعًا الكالسيت ، أو كربونات الكالسيوم ، CaCO₃ ، وهو المكون الرئيسي للحجر الجيري (وكذلك المكون الرئيسي لأصداف الرخويات وهياكل المرجان )؛ والدولوميت ، وهو كربونات الكالسيوم والمغنيسيوم ، CaMg(CO₃ ) ₂ ؛ والسيديريت ، أو كربونات الحديد الثنائي ، FeCO₃ ، وهو خام حديد مهم . وقد استُخدمت كربونات الصوديوم ("الصودا" أو "النطرون")، Na₂CO₃ ، وكربونات البوتاسيوم ( " البوتاس")، K₂CO₃ ، منذ القدم في التنظيف والحفظ ، وكذلك في صناعة الزجاج . تُستخدم الكربونات على نطاق واسع في الصناعة، مثل صهر الحديد، كمادة خام لصناعة أسمنت بورتلاند والجير ، وفي تركيب طلاءات السيراميك ، وغيرها. تشمل التطبيقات الجديدة لكربونات المعادن القلوية تخزين الطاقة الحرارية [ 3 ] [ 4 ] واستخدامها كمحفزات [ 5 ] وكإلكتروليتات في خلايا وقود الكربونات المنصهرة [ 6 ] وفي التخليق الكهربائي لبيروكسيد الهيدروجين في الأوساط المائية . [ 7 ]

البنية والترابط

أيون الكربونات هو أبسط أنيونات الأكسوكربون . يتكون من ذرة كربون واحدة محاطة بثلاث ذرات أكسجين ، في ترتيب مثلث مستوٍ ، بتناظر جزيئي D3h . تبلغ كتلته الجزيئية 60.01 غ /مول ، ويحمل شحنة رسمية كلية قدرها -2 . وهو القاعدة المرافقة لأيون البيكربونات (HCO₃⁻) ، الذي يُعد القاعدة المرافقة لحمض الكربونيك ( H₂CO₃ ) . 

يحتوي تركيب لويس لأيون الكربونات على رابطتين أحاديتين (طويلتين) مع ذرات الأكسجين السالبة، ورابطة مزدوجة قصيرة واحدة مع ذرة أكسجين متعادلة.

بنية لويس البسيطة والموضعية لأيون الكربونات

هذا التركيب لا يتوافق مع التناظر الملحوظ للأيون، مما يعني أن الروابط الثلاثة متساوية في الطول وأن ذرات الأكسجين الثلاث متكافئة. وكما هو الحال في أيون النترات المتساوي الإلكترونات ، يمكن تحقيق التناظر عن طريق الرنين بين ثلاثة تراكيب:

بنى الرنين لأيون الكربونات

يمكن تلخيص هذا الرنين بنموذج يحتوي على روابط جزئية وشحنات غير متمركزة :

عدم التمركز والشحنات الجزئية على أيون الكربوناتنموذج ملء الفراغ لأيون الكربونات

الخواص الكيميائية

الصواعد والهوابط هي معادن كربوناتية.

تتحلل كربونات المعادن عمومًا عند تسخينها، مطلقةً ثاني أكسيد الكربون ومخلفةً وراءها أكسيد المعدن. [ 2 ] تُسمى هذه العملية بالتكليس ، نسبةً إلى كلمة "calx" ، وهي الاسم اللاتيني للجير الحي أو أكسيد الكالسيوم ، CaO، والذي يُحصل عليه عن طريق تحميص الحجر الجيري في فرن الجير .

CaCO3 → CaO + CO2

كما يتضح من انجذاب الكربونات لأيونات الكالسيوم (Ca2 +) ، فهي ربيطة للعديد من الكاتيونات المعدنية. وتتميز معقدات الكربونات والبيكربونات للمعادن الانتقالية بوجود أيونات معدنية مرتبطة تساهميًا بالكربونات بأنماط ترابط متنوعة.

كربونات الليثيوم والصوديوم والبوتاسيوم والروبيديوم والسيزيوم والأمونيوم أملاح قابلة للذوبان في الماء، لكن كربونات أيونات 2+ و3+ غالبًا ما تكون قليلة الذوبان في الماء. ومن بين كربونات المعادن غير القابلة للذوبان، يُعدّ كربونات الكالسيوم ( CaCO3 ) مهمًا لأنه يتراكم على شكل رواسب في الأنابيب ويعيق تدفق المياه فيها. يحتوي الماء العسر على نسبة عالية من هذه المادة، مما يستدعي الحاجة إلى معالجة المياه في البنية التحتية .

يؤدي تحمض الكربونات عموماً إلى إطلاق ثاني أكسيد الكربون :

CaCO 3 + 2 حمض الهيدروكلوريك → CaCl 2 + CO 2 + H 2 O

وبالتالي، يمكن إزالة الترسبات الكلسية باستخدام الأحماض.

في المحلول، يتأثر التوازن بين الكربونات والبيكربونات وثاني أكسيد الكربون وحمض الكربونيك بدرجة الحموضة ودرجة الحرارة والضغط. ورغم أن الكربونات ثنائية وثلاثية التكافؤ ذات ذوبانية منخفضة، فإن أملاح البيكربونات أكثر ذوبانية بكثير. ويعود هذا الاختلاف إلى تباين طاقات الشبكة البلورية للمواد الصلبة المكونة من أيونات أحادية الشحنة السالبة مقابل ثنائية الشحنة السالبة، وكذلك أيونات أحادية الشحنة الموجبة مقابل ثنائية الشحنة الموجبة. [ 9 ]

في المحلول المائي ، تتفاعل أيونات الكربونات والبيكربونات وثاني أكسيد الكربون وحمض الكربونيك في حالة توازن ديناميكي . في الظروف القاعدية القوية، يسود أيون الكربونات، بينما في الظروف القاعدية الضعيفة، يسود أيون البيكربونات . في الظروف الحمضية، يكون ثاني أكسيد الكربون المائي ، CO₂ (aq) ، هو الشكل السائد، والذي يكون في حالة توازن مع الماء، H₂O ، وحمض الكربونيك - يميل التوازن بشدة نحو ثاني أكسيد الكربون. لذا، فإن كربونات الصوديوم قاعدية، وبيكربونات الصوديوم قاعدية ضعيفة، بينما ثاني أكسيد الكربون نفسه حمض ضعيف. 

الكربونات العضوية

في الكيمياء العضوية، يُشير مصطلح الكربونات أيضًا إلى مجموعة وظيفية ضمن جزيء أكبر، تحتوي على ذرة كربون مرتبطة بثلاث ذرات أكسجين، إحداها برابطة ثنائية. تُعرف هذه المركبات أيضًا باسم الكربونات العضوية أو إسترات الكربونات، ولها الصيغة العامة R−O−C(=O)−O−R′ أو RR′CO₃ . من أهم الكربونات العضوية: كربونات ثنائي الميثيل ، والمركبات الحلقية كربونات الإيثيلين وكربونات البروبيلين ، ومركب ثلاثي الفوسجين، وهو بديل للفوسجين .

المخزن المؤقت

ثلاثة تفاعلات قابلة للانعكاس تتحكم في توازن الرقم الهيدروجيني للدم وتعمل كمحلول منظم لتثبيته في النطاق 7.37-7.43: [ 10 ] [ 11 ]

  1. H⁺ + HCO⁻ ⇌ H₂CO₃​​​​
  2. H 2 CO 3 ⇌ CO 2 (aq) + H 2 O
  3. CO 2 (aq) ⇌ CO 2 (g)

يؤدي الزفير الذي ينتج ثاني أكسيد الكربون الغازي (CO₂ (g)) إلى استهلاك ثاني أكسيد الكربون المائي (CO₂ (aq)) ، والذي بدوره يستهلك حمض الكربونيك ( H₂CO₃ ) ، مما يدفع توازن التفاعل الأول إلى محاولة استعادة مستوى حمض الكربونيك عن طريق تفاعل البيكربونات مع أيون الهيدروجين، وهو مثال على مبدأ لو شاتيليه . والنتيجة هي زيادة قلوية الدم (رفع الرقم الهيدروجيني). وبنفس المبدأ، عندما يكون الرقم الهيدروجيني مرتفعًا جدًا، تفرز الكليتان البيكربونات ( HCO₃⁻ ) في البول على شكل يوريا عبر دورة اليوريا (أو دورة كريبس-هينسليت للأورنيثين). وبإزالة البيكربونات، يتم توليد المزيد من أيونات الهيدروجين (H⁺) من حمض الكربونيك ( H₂CO₃ ) ، الذي ينتج بدوره من ثاني أكسيد الكربون الغازي (CO₂ ( g )) الناتج عن التنفس الخلوي . [ 12 ]

ومن الأهمية بمكان، أن آلية مماثلة تعمل في المحيطات. فهي عامل رئيسي في تغير المناخ ودورة الكربون طويلة الأمد، نظراً لوجود أعداد كبيرة من الكائنات البحرية (وخاصة المرجان) التي تتكون من كربونات الكالسيوم. وتؤدي زيادة ذوبان الكربونات مع ارتفاع درجات الحرارة إلى انخفاض إنتاج الكالسيت البحري وزيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. وهذا بدوره يزيد من درجة حرارة الأرض. وتُعد كمية ثاني أكسيد الكربون المتاحة هائلة على نطاق جيولوجي، وقد تذوب كميات كبيرة منها في البحر وتنطلق إلى الغلاف الجوي، مما يزيد من مستويات ثاني أكسيد الكربون بشكل أكبر. [ 13 ]

أملاح الكربونات

  • نظرة عامة على الكربونات:

وجود خارج الأرض

يُعتقد عمومًا أن وجود الكربونات في الصخور دليل قوي على وجود الماء السائل. تُظهر رصدات حديثة للسديم الكوكبي NGC 6302 أدلة على وجود الكربونات في الفضاء، [ 14 ] حيث يُستبعد حدوث تحوّل مائي مماثل لما يحدث على الأرض. وقد اقتُرحت معادن أخرى تتوافق مع هذه الرصدات.

تم العثور على كميات ضئيلة من رواسب الكربونات على سطح المريخ باستخدام التصوير الطيفي [ 15 ] ، كما تحتوي النيازك المريخية على كميات ضئيلة منها. ويُحتمل وجود مياه جوفية في غوسيف [ 16 ] وميريدياني بلانوم [ 17 ] .

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (2005). تسمية الكيمياء غير العضوية (توصيات الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية 2005). كامبريدج (المملكة المتحدة): الجمعية الملكية للكيمياء - الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية . رقم ISBN 0-85404-438-8النسخة الإلكترونية .
  2. 1 2 تشيشولم، هيو ، محرر (1911). "الكربونات" . الموسوعة البريطانية ( الطبعة الحادية عشرة). مطبعة جامعة كامبريدج.  
  3. ↑ نافاريتي، ن.؛ نيثيانانثام، يو.؛ هيرنانديز، ل.؛ موندراغون، ر. (2022-03-01). " مخاليط الكربونات المنصهرة K₂CO₃ - Li₂CO₃ وسوائلها النانوية لتخزين الطاقة الحرارية: نظرة عامة على الأدبيات" . مواد الطاقة الشمسية والخلايا الشمسية . 236 111525. doi : 10.1016/j.solmat.2021.111525 . hdl : 10234/196651 . ISSN 0927-0248 . S2CID 245455194 .  
  4. ^ لامبرخت، ميكائيل. غارسيا مارتن، غوستافو؛ دي ميغيل، ماريا تيريزا؛ لاسانتا، ماريا إيزابيل؛ بيريز ، فرانسيسكو خافيير (2023/08/01). "الاعتماد على درجة حرارة التآكل المرتفع على سبائك النيكل في الكربونات المنصهرة لتطبيقات الطاقة الشمسية المركزة" . علم التآكل . 220 111262. بيب كود : 2023Corro.22011262L . دوى : 10.1016/j.corsci.2023.111262 . ISSN 0010-938X . 
  5. ↑ هاياكاوا، ماميكو؛ تاشيرو، كينشيرو؛ سوميا، دايكي؛ أوياما، تاداشي (18-06-2023). "طرق بسيطة لتخليق أكريلاميدات N-المستبدلة باستخدام Na₂CO₃ / SiO₂ أو NaHSO₄ / SiO₂ " . الاتصالات التركيبية . 53 (12): 883-892 . doi : 10.1080/ 00397911.2023.2201454 . ISSN 0039-7911 . S2CID 258197818 .  
  6. ^ ميلوسكي، ياروسلاف؛ ويجرزانوفسكي، توماسز؛ فونغ، كوان زونغ؛ شزنياك، أركاديوس؛ أويكا، كارول؛ تساي، شو يي؛ ديبينسكي، أولاف؛ سكيبينسكي، جاكوب؛ تانغ، جيه-يو؛ زابلوفسكي ، لوكاس (2021/04/21). "دعم التوصيل الأيوني لـ Li 2 CO 3 / K 2 CO 3 المنحل بالكهرباء من الكربونات المنصهرة باستخدام مصفوفة الزركونيا المستقرة من الإيتريا" . المجلة الدولية للطاقة الهيدروجينية . ورشة العمل الدولية للكربونات المنصهرة والمواضيع ذات الصلة 2019 (IWMC2019). 46 (28): 14977– 14987. doi : 10.1016/j.ijhydene.2020.12.073 . ISSN 0360-3199 . S2CID 234180559 .  
  7. ↑ "التوليد الأنودي لبيروكسيد الهيدروجين في التدفق المستمر" . الكيمياء الخضراء . 24 : 7931-7940 . 2022. doi : 10.1039/D2GC02575B .
  8. ↑ توصيات الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC) لتسمية الكيمياء غير العضوية لعام 2005 (ملف PDF) ، الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية، صفحة 137، مؤرشفة (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 18-05-2017 
  9. ↑ "8.3: طاقات الشبكة في المواد الصلبة الأيونية" . نصوص الكيمياء الحرة . 2021-09-03 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2026-06-01 .
  10. ↑ "مادة كيميائية الأسبوع - المحاليل البيولوجية المنظمة" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 21-07-2011 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 05-09-2010 .
  11. ↑ تنظيم واضطرابات التوازن الحمضي القاعدي في دليل ميرك للتشخيص والعلاج - الطبعة المهنية
  12. ↑ سيلفرثورن، دي أنغلاوب (2016). علم وظائف الأعضاء البشرية: منهج متكامل (الطبعة السابعة، الطبعة العالمية). هارلو، إنجلترا: بيرسون. الصفحات 607-608 ، 666-673 . ISBN   978-1-292-09493-9.
  13. ↑ الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (2019). "ملخص لصناع السياسات" (ملف PDF) . التقرير الخاص للهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ حول المحيطات والغلاف الجليدي في ظل تغير المناخ . الصفحات 3-35 . 
  14. ↑ Kemper, F., Molster, FJ, Jager, C. and Waters, LBFM (2001) التركيب المعدني والتوزيع المكاني لغبار المقذوفات من NGC 6302. علم الفلك والفيزياء الفلكية 394 ، 679-690.
  15. ↑ فيرين، ألبرتو ج.؛ فرنانديز-ريمولار، ديفيد؛ دوم، جيمس م.؛ بيكر، فيكتور ر.؛ أميلز، ريكاردو (سبتمبر 2004). "تثبيط تخليق الكربونات في المحيطات الحمضية على سطح المريخ المبكر" . مجلة نيتشر . 431 (7007): 423-426 . Bibcode : 2004Natur.431..423F . doi : 10.1038/nature02911 . ISSN 1476-4687 . PMID 15386004 .  
  16. ↑ سكوايرز، إس دبليو؛ وآخرون (2007). "النشاط البركاني الفتاتي في منطقة هوم بليت في فوهة غوسيف، المريخ" (ملف PDF) . مجلة ساينس . 316 (5825): 738-742 . Bibcode : 2007Sci...316..738S . doi : 10.1126/science.1139045 . hdl : 2060/20070016011 . PMID 17478719. S2CID 9687521. مؤرشف (ملف PDF) من النسخة الأصلية بتاريخ 22-09-2017.   
  17. ↑ سكوايرز، إس دبليو؛ وآخرون (2006). "نظرة عامة على مهمة مركبة استكشاف المريخ أوبورتيونيتي إلى سهل ميريدياني: من فوهة إيجل إلى تموج بورغاتوري" (ملف PDF) . مجلة البحوث الجيوفيزيائية: الكواكب . 111 (E12) 2006JE002771: غير متوفر. رمز Bibcode : 2006JGRE..11112S12S . doi : 10.1029/2006JE002771 . hdl : 1893/17165 . مؤرشف (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 2017-08-08.