کربنات در علم شیمی به نمک اسید کربنیک گفته می شود که یک مولکول با ساختار CO3 در آن وجود دارد. فرایند کربناسیون یا کربناته شدن یعنی افزایش غلظت یون کربنات یا بی کربنات در آب که سبب تولید آب کربناته می شود.
در علم زمین شناسی ، کربنات به معادن کربنات نظیر سنگ های کربنات کلسیم اطلاق می گردد. این سنگ ها دارای انواع بسیار زیادی بوده و به صورت رسوبی ایجاد می گردد. رایج ترین انواع سنگ های کربناته عبارت از کلسیت ، کربنات کلسیم با فرمول CaCO3 ، سنگ آهک یا لایم استون ، دولومیت ، کلسیم منیزیم ، کربنات سدیم ، کربنات آهن و کربنات پتاسیم هستند. کربنات‌ها کاربرد های زیادی در صنایع دارند و از جمله موارد مصرف آنها می توان به تولید سیمان پرتلند ، هیدروکسید کلسیم و آهک زنده و لعاب سرامیک اشاره نمود.
| مشخصات فنی | |
| نام انگلیسی | Carbonate |
| فرمول شیمیایی | Co3 |
| وزن مخصوص | 60.008 گرم بر مول |
| اسید مزدوج | بی کربنات |
ساختار شیمیایی
یون Carbonate ساده ترین فرم آنیون اکسیژن کربن است که فقط حاوی اتم های اکسیژن و کربن با ساختار سه ضلعی مسطح است. شارژ الکتریکی آن 2- بوده و یک باز مزدوج بی کربنات (کربنات هیدروژن) است. ساختار لوئیس یون کربنات از دو باند ساده و بلند اتم اکسیژن با بار الکتریکی منفی و یک بایند دوبل کوتاه اکسیژن خنثی تشکیل می شود.
ویژگی های شیمیایی
کربنات های فلزی معمولا با حرارت تجزیه شده و گاز دی اکسید کربن را از سیکل طولانی کربن به سیکل کوتاه کربن تغییر داده و یک اکسیژن باقی می گذارند. این فرایند با نام کلسیناسیون یا پخت معروف است. از این روش در تولید آهک زنده (اکسید کلسیم) از سنگ کربنات کلسیم هم استفاده می شود. برای این منظور ، سنگ کربنات کلسیم را در کوره آهک پزی حرارت می دهند. نمک های کربناته زمانی تولید می شوند که یک یون مثبت فلزی توسط یون منفی اکسیژن جذب شود:
2M+ + CO2−3 → M2CO3
M2+ + CO2−3 → MCO3
2M3+ + 3CO2−3 → M2(CO3)3
بیشتر یون های کربنات در آب نامحلول هستند. اصولا در محلول های بازی قوی ، یون کربنات غالب است در حالی که در محلول های بازی ضعیف ، جای خود را به یون بی کربنات می دهد. هر چه محیط اسیدی تر شود ، محلول بیشتر به اسید کربنیک نزدیک می گردد. برای مثال در حالی که کربنات سدیم حالت قلیایی دارد ، بی کربنات سدیم یک قلیای ضعیف است در حالی که دی اکسید کربن خود یک اسید ضعیف می باشد.
آب کربناته یا همان آب گازدار در اثر انحلال گاز دی اکسید کربن در فشار خاصی در آب تولید می شود. زمانی که بخشی از این فشار کاهش می یابد مثلا هنگامی که درب قوطی نوشابه را باز می کنیم ، فشار گاز کربنیک کاهش یافته و غلظت آن در مایع کم می شود.
همانطور که پیشتر گفته شد ، نمک های کربناته در آب نامحلول هستند اما این ویژگی در مورد نمک های بی‌کربنات صادق نیست. میزان انحلال کربنات ، بی کربنات ، دی اکسید کربن و اسید کربنیک در شرایط دمایی و فشاری مختلف ، تفاوت پیدا می کند. همچنین ترکیبات تولید شده با این یون ها هم از همین قانون پیروی می کنند مثلا کربنات کلسیم با فرمول CaCO3 که یکی از نمک های کربنات است ، خاصیت نامحلول دارد. به همین دلیل است که رسوب کربنات کلسیم (رسوبات آهکی) در لوله ها ، دیگ های بخار و کتری های خانگی ایجاد می شود.
مهمترین کربنات ها
Calcium carbonate
کربنات کلسیم دارای فرمول شیمیایی CaCO3 است و یکی از فراوان ترین کانی های موجود در طبیعت می باشد. کربنات کلسیم دارای انواع مختلفی نظیر گچ ، سنگ آهک ، دولومیت و کلسیت است. کلسیم کربنات نوع سنگ رسوبی و از نمک های کربنات محسوب می شود.
Sodium carbonate
کربنات سدیم با فرمول شیمیایی Na2CO3 از ترکیب سدیم با کربنیک اسید تولید می‌شود. این ماده بر خلاف سایر انواع کربنات ها ، در آب محلول است و به همین دلیل به عنوان سختی گیر آب در تولید پودر های شوینده بکار می رود.
Magnesium carbonate
کربنات منیزیم یک نمک غیر آلی سفید رنگ با فرمول شیمیایی MgCO3 است. این ماده اشکال قلیایی و هیدراته متعددی دارد که معروف ترین آن مگنزیت است. این ماده در تولید خمیر دندان ، محصولات آرایشی و فوم آتش نشانی کاربرد دارد.
Potassium carbonate
کربنات پتاسیم هم ماده غیر آلی با فرمول مولکولی K2CO3 می باشد که نمکی سفید رنگ و محلول در آب است. این ماده برای تولید شیشه و صابون به صورت گسترده بکار می رود.