Il carbonato è presente in molti minerali e rocce tra cui quelle sedimentarie come la calcite dove cristallizza secondo un reticolo trigonale e l’aragonite dove cristallizza secondo un reticolo ortorombico in cui è presente sotto forma di carbonato di calcio CaCO3. Tra i numerosi minerali vi è l’azzurrite Cu3(OH)2(CO3)2, la bismutite (BiO2)2CO3, la cerussite PbCO3, la dolomite MgCa(CO3)2, la magnesite MgCO3, la malachite Cu2CO3(OH)2, la siderite FeCO3 e la smithsonite ZnCO3.
Il carbonato è un anione poliatomico con formula CO32- in cui il carbonio ha numero di ossidazione +4. Nello ione carbonato il carbonio si lega tramite doppio legame ad un atomo di ossigeno e tramite legame semplice ai rimanenti due atomi di ossigeno pertanto è stabilizzato da formule di risonanza
Reazioni del carbonato
In acqua lo ione carbonato idrolizza secondo l’equilibrio:
CO32- + H2O ⇌ HCO3– + OH–
L’espressione della costante relativa a questo equilibrio detta costante di idrolisi e indicata con Kb è pari a:
Kb = [HCO3–][ OH–]/[CO32-]
Il valore di questa costante è pari a Kb = Kw/Ka2 = 10-14/4.8·10-11 = 2.1 · 10-4
Pertanto lo ione carbonato impartisce un pH basico alla soluzione.
La maggior parte dei carbonati, ad eccezione di quelli costituiti dai metalli alcalini e dal carbonato di ammonio e di uranio, sono poco solubili. In particolare sono poco solubili i sali dei metalli alcalino-terrosi ma, essi si solubilizzano in acqua contenente biossido di carbonio a causa della formazione di idrogenocarbonati:
CaCO3(s) + CO2(aq) + H2O(l) → Ca2+(aq) + 2 HCO3–(aq)
I carbonati vengono solubilizzati in presenza di acido cloridrico con formazione del cloruro metallico, di acqua e di biossido di carbonio secondo la reazione:
CaCO3(s) + 2 HCl(aq)→ CaCl2(aq) + CO2(aq) + H2O(l)
Questa reazione viene utilizzata quale saggio di riconoscimento dei carbonati infatti il biossido di carbonio ottenuto viene convogliato tramite un tubo di vetro a doppia squadra in una soluzione contenente acqua di barite ovvero una soluzione al 5% di idrossido di bario.
La presenza dello ione carbonato viene evidenziata dalla precipitazione del carbonato di bario, sale poco solubile, per il quale il valore del prodotto di solubilità vale 5.0 · 10-9:
CO2(aq)+ Ba2+(aq) + 2 OH–(aq)→ BaCO3(aq)+ H2O(l)
I carbonati metallici danno in genere reazioni di decomposizione termica trasformandosi in ossidi metallici e biossido di carbonio come, ad esempio:
CaCO3(s) → CaO(s)+ CO2(g)