Přeskočit na obsah

Uhličitan

Z Infopedia
Rozbalit box

Obsah boxu

Šablona:Infobox - chemická skupina

Uhličitan neboli karbonát je v chemii označení pro sůl kyseliny uhličité (H₂CO₃) nebo pro její ester. V anorganické chemii jsou uhličitany soli obsahující uhličitanový aniont (CO₃²⁻). V organické chemii se termín uhličitan (nebo organokarbonát) používá pro funkční skupinu nebo sloučeninu obsahující strukturu C(=O)(O–)₂, což jsou estery kyseliny uhličité.

Uhličitany jsou mimořádně rozšířené v přírodě, tvoří základ mnoha hornin a minerálů a hrají klíčovou roli v geologických i biologických procesech, včetně uhlíkového cyklu a udržování pH v krvi.

📜 Historie a etymologie

Pojem "uhličitan" je odvozen od uhlíku, klíčového prvku v aniontu. Historicky byly uhličitany známy pod různými názvy. Uhličitan sodný (soda) a uhličitan draselný (potaš) patřily mezi nejdůležitější průmyslové chemikálie již od starověku, používané při výrobě skla, mýdel a v barvířství.

Pochopení jejich chemické podstaty přišlo až v 18. století s prací chemiků jako Joseph Black, který studoval rozklad uhličitanu vápenatého (vápence) a identifikoval uvolňovaný plyn jako "fixovaný vzduch", dnes známý jako oxid uhličitý. Antoine Lavoisier později správně identifikoval složení tohoto plynu a položil základy pro moderní chápání uhličitanů jako solí kyseliny uhličité.

🔬 Struktura a vazby

Uhličitanový aniont CO₃²⁻ je základní stavební jednotkou anorganických uhličitanů. Má několik klíčových vlastností:

  • Geometrie: Aniont má tvar rovnostranného trojúhelníku, tedy trigonálně planární geometrii. Atom uhlíku se nachází uprostřed a atomy kyslíku v jeho vrcholech.
  • Vazby: Všechny tři vazby C-O jsou rovnocenné, s délkou přibližně 129 pm. To je mezistav mezi jednoduchou a dvojnou vazbou.
  • Rezonance: Tento jev je vysvětlen pomocí rezonančních struktur. Dvojná vazba a dva záporné náboje jsou delokalizovány (rozprostřeny) rovnoměrně mezi všechny tři atomy kyslíku. To znamená, že žádný atom kyslíku nenese plný záporný náboj a žádná vazba není trvale dvojná. Tato delokalizace zvyšuje stabilitu aniontu.
  • Hybridizace: Centrální atom uhlíku má hybridizaci sp².

⚙️ Chemické vlastnosti

Uhličitany vykazují několik charakteristických chemických reakcí.

🧪 Reakce s kyselinami

Nejznámější reakcí uhličitanů je jejich reakce se kyselinami. Při této reakci dochází k uvolňování oxidu uhličitého (CO₂), vody a vzniku příslušné soli kyseliny. Tato reakce je často doprovázena viditelným šuměním a pěněním.

Obecná rovnice:

MCO₃(s) + 2 H⁺(aq) → M²⁺(aq) + H₂O(l) + CO₂(g)

Příklad s uhličitanem vápenatým a kyselinou chlorovodíkovou:

CaCO₃ + 2 HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂

Tato reakce je základem jednoduchého testu na přítomnost uhličitanů v horninách a minerálech.

🔥 Termický rozklad

Většina uhličitanů (s výjimkou uhličitanů alkalických kovů) se při zahřívání na vysokou teplotu rozkládá. Produktem je oxid kovu a oxid uhličitý. Tento proces se nazývá kalcinace.

Příklad pálení vápence (CaCO₃) na pálené vápno (CaO):

CaCO₃(s) → CaO(s) + CO₂(g)

Tato reakce je klíčová pro výrobu cementu a vápna.

💧 Rozpustnost ve vodě

Rozpustnost uhličitanů ve vodě je velmi různorodá:

Nerozpustnost mnoha uhličitanů je důvodem jejich výskytu v podobě pevných hornin a minerálů.

🌍 Výskyt v přírodě

Uhličitany jsou všudypřítomné a tvoří významnou část zemské kůry.

⛏️ Minerály a horniny

Uhličitanové minerály, známé také jako karbonáty, tvoří samostatnou třídu v mineralogickém systému. Mezi nejvýznamnější patří:

Tyto minerály tvoří rozsáhlé sedimentární horniny, jako je vápenec, křída a dolomit. Metamorfózou vápence vzniká mramor.

🌊 Krasové jevy

Uhličitanové horniny, zejména vápenec, jsou rozpustné ve slabých kyselinách, včetně kyseliny uhličité, která vzniká rozpouštěním CO₂ ze vzduchu ve vodě. Tento proces vede ke vzniku krasových jevů:

🧬 Biologický a environmentální význam

🩸 Uhličitanový pufr

V krvi a dalších tělních tekutinách hraje systém kyselina uhličitá/hydrogenuhličitan/uhličitan klíčovou roli jako pufr. Udržuje pH krve ve velmi úzkém rozmezí (7,35–7,45), což je nezbytné pro správnou funkci enzymů a dalších biologických procesů.

🐚 Schránky a kostry

Mnoho organismů si vytváří pevné schránky nebo kostry z uhličitanu vápenatého (ve formě kalcitu nebo aragonitu). Patří sem:

Po odumření těchto organismů se jejich schránky hromadí na mořském dně a postupem času tvoří mocné vrstvy vápencových sedimentů.

🌎 Uhlíkový cyklus

Uhličitany jsou největším rezervoárem uhlíku na Zemi. Jsou klíčovou součástí globálního uhlíkového cyklu. Uhlík je vázán v uhličitanových horninách a sedimentech po miliony let. Procesy jako zvětrávání a vulkanismus ho postupně uvolňují zpět do atmosféry.

🏭 Využití

Uhličitany mají široké průmyslové i komerční využití.

💡 Pro laiky

Představte si uhličitan jako sloučeninu, která má dvě hlavní části: nějaký kov (například vápník nebo sodík) a "šumivou" část, kterou je uhličitanová skupina (CO₃).

  • Kde se s ním setkáme? Všude kolem nás. Skalní útesy z vápence, bílá křída na tabuli, mramorová socha, mušle na pláži – to vše je v podstatě uhličitan vápenatý. Doma ho najdeme v jedlé sodě (i když to je technicky hydrogenuhličitan, je to blízký příbuzný) nebo v práškové sodě na praní.
  • Proč šumí? Charakteristickou vlastností uhličitanů je, že když na ně kápnete kyselinu (třeba i obyčejný ocet), začnou šumět. To je proto, že se "šumivá" část rozkládá a uvolňuje se z ní neviditelný plyn – oxid uhličitý. Je to stejný plyn, který je v bublinkách v limonádě.
  • K čemu je dobrý? Uhličitany jsou základem pro výrobu cementu a vápna, bez kterých bychom nepostavili domy. Pomáhají vyrábět sklo. V našem těle pomáhá uhličitanový systém udržovat správnou kyselost krve, což je životně důležité. A mořští živočichové si z něj staví své pevné schránky a kostry.

Jednoduše řečeno, uhličitany jsou jedny z nejdůležitějších "stavebních kamenů" naší planety, jak v neživé přírodě (hory), tak v té živé (kosti a ulity).


Šablona:Aktualizováno

Citováno z „https://infopedia.cz/index.php?title=Uhličitan&oldid=15319“