Giovanni Stiffoni. Carbonatos y Bicarbonatos CIENCIA

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Ciencia

Generalidades. Son las sales derivadas del ácido carbónico. Como ácido diprótido, el H2CO3 puede formar c. neutros que contienen el ion CO=3 y sales ácidas o hidrógeno-carbonatos, que poseen el ion HCO-3. Existen, además, numerosos c. básicos o hidroxocarbonatos, en especial de los metales pesados polivalentes.

La resonancia es más completa y la energía de resonancia máxima en los c. de cationes voluminosos y de baja carga o de escasa capacidad de polarización (V. ENLACES QUÍMICOS). Estos c. son, en consecuencia, los más estables y tienen altas temperaturas de descomposición o pueden fundir sin descomponerse. En los c. de cationes pesados de alta carga y radio menor, o de mayor capacidad de polarización, la resonancia queda en parte inhibida y la estabilidad es más pequeña. Estas sales tienen temperatura de descomposición más baja y muestran ya una apreciable presión de C02, incluso a temperaturas moderadas.

Un buen ejemplo de estas ideas viene representado por la serie de los c. alcalinotérreos (v. ELEMENTOS Químicos III). Mientras el c. de berilio se conoce sólo en la forma

BeC03 - 41120

y no puede deshidratarse sin descomposición, los restantes c. de esta serie se descomponen a temperaturas que aumentan al aumentar el radio del catión. Los compuestos

M9C03, CaC03, SrC03, BaC03

alcanzan una presión de disociación de C02 de una atmósfera a 540°, 900°, 1.289° y 1.400° C, respectivamente. Los compuestos

Ag2CO3, PbC03, MnC03, FeC03

alcanzan dicha presión de disociación a temperaturas más bajas, 275°, 347°, 327° y 425° C, en el orden indicado. Por el contrario, los c. alcalinos (v. ELEMENTOS QUÍMIcos IV) funden sin descomposición y muestran sólo pequeñas presiones de disociación de C02, incluso a temperaturas elevadas.

Todos los c., excepto los alcalinos y el de talio monovalente, cuyo hidróxido es también soluble, son insolubles o muy poco solubles en agua. Constituye una excepción el Li2CO3, que se asemeja a los alcalinotérreos por su escasa solubilidad y por la disminución de ésta al aumentar la temperatura. La solubilidad en agua de los c. insolubles aumenta en presencia de COZ por la formación de b. según la reacción:

MC03+C02+H20 E-> M(HC03)2.

El equilibrio expresado por la ecuación anterior es de gran importancia práctica en el caso del CaC03: hacia la derecha es la reacción que excava las grutas naturales; hacia la izquierda es el proceso responsable de la formación de estalactitas y estalagmitas (v. CARST) por pérdida de C02 y precipitación de CaC03.

Los c. de elementos divalentes adoptan la estructura de la calcita C03Ca. Los iones Ca- y CO=3 ocupan posiciones análogas a las del Na+ y CI- en el NaCI, si bien la simetría disminuye por el carácter plano triangular de los iones C0=3, todos los cuales se disponen perpendicularmente al eje c del cristal, que resulta romboédrico. Esta estructura existe para radios del catión (ion positivo) entre 0,73 y 1,06 A.

(M9CO3, ZnC03, CdC03, CaC03, FeC03).

Valores del radio catiónico entre 1,06 y 1,73 Á. Conducen a la estructura del aragonito

(CaC03, SrC03, BaC03)

de simetría rómbica. Como el radio del Ca++ (1,06 Á.) se encuentra en el punto de transición, el CaC03 presenta ambos tipos de estructura.

Obtención. Los c. insolubles se obtienen por precipitación de soluciones que contienen los iones correspondientes, con c. alcalinos. Los iones alcalinotérreos,

Ag I , Pb++, Mn++ y Fe++

producen c. neutros. Otros iones como el

Mg-,- ZD++, Co++, Ni++, Cu++, Hg++, Bi+++, etc.

dan c. más o menos básicos, mientras que cationes de valencia (V.) más elevada,

Fe+++ Al+++ Co+++ etc.,

precipitan como hidróxidos (v.). También se forman los c. por absorción de C02 por los óxidos (v.) e hidróxidos metálicos y por incineración de algunos compuestos orgánicos de los metales respectivos.

Carbonatos y bicarbonatos más importantes. Entre los c. más importantes merecen citarse el c. sódico o sosa, Na2CO3, con múltiples aplicaciones en la fabricación de vidrios, jabones, sosa cáustica, industria del papel, limpieza, depuración de aguas industriales, etc. Se conoce como producto anhidro e hidratado y se obtiene por varios procedimientos entre los cuales el más importante es el de Solvay, representado por las siguientes reacciones:

NaCI+NH3+COZ+H20=NaHC03+NH4Cl

2C03HNa=C02+H20+Na2C03.

El c. potásico, K2CO3, de menor importancia, se emplea asimismo en la industria de jabones y vidrios, y se prepara por carbonatación directa del hidróxido:

2KOH + C02 = K2CO3 + H2O

o por el proceso de Stassfurt, pasando C02 por una suspensión de MgC03.3H20 en solución de CIK.

Entre los c. alcalinotérreos merecen citarse la magnesita, M9CO3, que forma grandes bancos naturales y que se obtiene por los procedimientos generales arriba citados; y la calcita, CaC03, muy abundante en la naturaleza, ya como variedades cristalinas (espato de Islandia, calcita, aragonito, mármoles) o en especial en potentes formaciones de carácter microcristalino o amorfo en calizas, margas calizas y margas. Otros carbonatos de interés son la dolomita MgC03, CaC03; estroncianita SrC03; witherita BaC03; siderita FeC03, etc.

Entre los b. o hidrógeno-carbonatos, todos los cuales contienen el anión HC03-, merecen citarse los b. alcalinos, menos solubles que los c. neutros, de los que el más importante es el NaCH03, polvo blanco estable al aire, moderadamente soluble en agua, producto intermedio del proceso Solvay, que se obtiene también pasando C02 por una solución saturada de Na2C03:

Na2C03 + C02 + 11,0 = 2NaHC03.

Los b. alcalinotérreos, el de hierro y otros existen en la solución que se forma al pasar C02 por una suspensión del correspondiente c.:

CaC03 + H2O + C02= Ca(HC03)2.

Cuando se trata de aislar los sólidos correspondientes, se descomponen, dando C02 y IOS c. neutros.

V. t.: SALES; ACIDO II; ROCAS SEDIMENTARIAS.

F. GONZÁLEZ GARCÍA.

BIBL.: P. PASCAL, Nouveau traité de Chimie minérale, IV, París 1956. 196; A. F. WELLS, Structural Inorganic Chemistry, 3 ed. Oxford 1967, 81; H. REMY, Treatise on Inorganic Chemistry, I, Amsterdam 1956, 196.