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Articulo de referencia

anión oxocarbonado

Diagrama bidimensional del melitato C₁₂O₆⁻¹₂ , uno de los aniones oxocarbonados. Los círculos negros representan átomos de carbono y los círculos rojos , átomos de oxígeno. Cada...

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Diagrama bidimensional del melitato C₁₂O₆⁻¹₂ , uno de los aniones oxocarbonados. Los círculos negros representan átomos de carbono y los círculos rojos , átomos de oxígeno. Cada halo azul representa la mitad de una carga negativa .

En química , un anión oxocarbono es un ion negativo que consta únicamente de átomos de carbono y oxígeno , y por lo tanto tiene la fórmula general Cx O n − y para algunos enterosx,y, yn.

Los aniones oxocarbonados más comunes son el carbonato , CO₂⁻³ , y el oxalato , C₂O₂⁻⁴ . Sin embargo , existe un gran número de aniones estables en esta clase, incluyendo varios que se utilizan en investigación o en la industria. También hay muchos aniones inestables, como CO₂⁻² y CO₄⁻ , que tienen una existencia efímera durante algunas reacciones químicas; y muchas especies hipotéticas, como CO₄⁻⁴ , que han sido objeto de estudios teóricos pero que aún no se han observado .

Los aniones oxocarbonados estables forman sales con una gran variedad de cationes . Los aniones inestables pueden persistir en un estado gaseoso muy enrarecido, como en las nubes interestelares . La mayoría de los aniones oxocarbonados tienen fragmentos correspondientes en química orgánica , cuyos compuestos suelen ser ésteres . Así, por ejemplo, el fragmento oxalato [ −O−(C=O) 2 −O−] aparece en el éster dimetil oxalato H 3 C−O−(C=O) 2 −O−CH 3 .

Estructura electrónica del ion carbonato

Modelo de relleno espacial del ion carbonato
Modelo de relleno espacial del ion carbonato

El ion carbonato tiene una estructura trigonal plana, grupo puntual D 3h . Los tres enlaces C-O tienen la misma longitud de 136 pm y los tres ángulos O-C-O son de 120°. El átomo de carbono tiene 4 pares de electrones de valencia, lo que demuestra que la molécula cumple la regla del octeto . Este es uno de los factores que contribuyen a la alta estabilidad del ion, que se encuentra en rocas como la caliza . La estructura electrónica se describe mediante dos teorías principales que se utilizan para mostrar cómo se distribuyen los 4 pares de electrones en una molécula que solo tiene 3 enlaces C-O.

Según la teoría del enlace de valencia, la estructura electrónica del ion carbonato es un híbrido de resonancia de 3 formas canónicas.

Deslocalización y cargas parciales en el ion carbonato

En cada forma canónica hay dos enlaces simples y un enlace doble. Las tres formas canónicas contribuyen por igual al híbrido de resonancia, por lo que los tres enlaces C-O tienen la misma longitud.

formar un enlace π entre 2 átomos del mismo elemento químico

En la teoría de orbitales moleculares, el eje de simetría triple se designa como el eje z de la molécula. Se forman tres enlaces σ por la superposición de los orbitales s, p x y p y del átomo de carbono con el orbital ap de cada átomo de oxígeno. Además, se forma un enlace π deslocalizado por la superposición del orbital p z del átomo de carbono con el orbital p z de cada átomo de oxígeno, perpendicular al plano de la molécula.

Tenga en cuenta que se pueden aplicar los mismos esquemas de enlace al ion nitrato , NO 3 − , que es isoelectrónico con el ion carbonato.

De manera similar, la estructura simétrica doble de un grupo carboxilato , CO – 2 , puede describirse como un híbrido de resonancia de dos formas canónicas en la teoría del enlace de valencia, o con 2 enlaces σ y un enlace π deslocalizado en la teoría de orbitales moleculares.

ácidos oxocarbonados

Un anión oxocarbono Cx O n − y puede verse como el resultado de eliminar todoslos protonesde unácidoCxHnOy. El carbonatoCO 2− 3 , por ejemplo, puede verse como el anión delácido carbónicoH2CO3. A veces el "ácido" es en realidad unalcoholu otra especie; este es el caso, por ejemplo, delacetilendiolatoC2 O 2− 2 que produciríaacetilenodiolC2H2O2. Sin embargo, el anión suele ser más estable que el ácido (como es el caso del carbonato); [ 1 ] y a veces el ácido es desconocido o se espera que sea extremadamente inestable (como es el caso delmetanotetracarboxilatoC(COO−)4).

Especies neutralizadas

Cada anión oxocarbono Cx O n − y puede coincidir en principio con lavarianteoxidadaxOy, unoxocarbono(óxidode carbono) con la misma composición y estructura excepto por la carga negativa. Sin embargo, por regla general, estos oxocarbonos neutros son menos estables que los aniones correspondientes. Así, por ejemplo, el anión carbonato estable corresponde altrióxido de carbonoCO3; [ 2 ] oxalatoC2 O 2− 4 corresponden a la1,2-dioxetanodionaC2O4; [ 3 ] y alanióncroconatoC5 O 2− 5 corresponde a laciclopentanopentonaC5O5(antes llamada ácido leucónico), que solo se ha detectado en cantidades traza. [ 4 ]

Variantes reducidas

Por el contrario, algunos aniones oxocarbonados pueden reducirse para producir otros aniones con la misma fórmula estructural pero con mayor carga negativa. Así, el rodizonato C6 O 2− 6 puede reducirse al anióntetrahidroxibenzoquinonaC6 O 4− 6 y luego albencenohexolatoC6 O 6− 6 . [ 5 ] En este caso específico, existe un anión radical estableC6O 3− 6 que se forma por oxidación simultánea deC6O 4− 6 y reducción deC6O 2− 6 en una celda electrolítica. [ 6 ]

anhídridos ácidos

Un anión oxocarbono CEl x O n − y a veces puede asociarse con elanhídridodel ácido correspondiente. Este último sería un oxocarbono con la fórmula CxOy− n ⁄2; es decir, el ácido menosn⁄2moléculas de agua H2O. El ejemplo estándar es la conexión entre el carbonatoCO 2− 3 yel dióxido de carbono CO2. La correspondencia no siempre está bien definida, ya que puede haber varias formas de realizar esta deshidratación formal, incluyendo la unión de dos o más aniones para formar unoligómeroopolímero. A diferencia de la neutralización, esta deshidratación formal a veces produce oxocarbonos bastante estables, comoel anhídrido melíticoC12O9a partirdel melitatoC12 O 6− 12 a travésdel ácido melíticoC12H6O12, [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] odianhídrido benzoquinonotetracarboxílicoC10O8a partir delácido correspondienteC10H4O10y el aniónC10O 4− 10 .

Una excepción notable a la estabilidad general de estos anhídridos es el "anhídrido dioxálico" o tetracetona de dioxano ( C₄O₆ ) , que se descompone por encima de 0 ° C, aunque el anión oxalato C₂O₂⁻₄ es omnipresente . El anión carbonito, altamente inestable, no tiene un ácido directamente asociado ( el ácido fórmico H(CO)OH es un isómero del hipotético ácido carbonoso C( OH ) ₂ ) y, por lo tanto, no puede asociarse con su "anhídrido" , el monóxido de carbono , que no actúa como precursor práctico de ningún ácido oxocarbónico.

aniones hidrogenados

Para cada anión oxocarbono Cx O n − y existen en principion−1 aniones parcialmente hidrogenados con fórmulasHk Cx O ( n − k )− y , dondekvaría de 1 an−1. Estos aniones generalmente se indican con los prefijos "hidrógeno"-, "dihidrógeno"-, "trihidrógeno"-, etc. Sin embargo, algunos de ellos tienen nombres especiales: el hidrogenocarbonatoHCO − 3 se llama comúnmentebicarbonato, y el hidrogenooxalatoHC2 O − 4 se conoce comobinoxalato.

Los aniones hidrogenados pueden ser estables incluso si el ácido completamente protonado no lo es (como ocurre con el bicarbonato).

Lista de aniones oxocarbonados

Aquí hay una lista incompleta de los aniones oxocarbonados conocidos o conjeturados.

Se han detectado otros aniones oxocarbonados en cantidades traza, como el C6 O − 6 , una versión monoionizada del rodizonato. [ 10 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ "Estudios infrarrojos y de espectrometría de masas del hielo de H₂O + CO₂ irradiado con protones : evidencia de ácido carbónico" , por Moore, MH; Khanna, RK
  2. ↑ DeMore WB; Jacobsen CW (1969). "Formación de trióxido de carbono en la fotólisis del ozono en dióxido de carbono líquido". Journal of Physical Chemistry . 73 (9): 2935– 2938. doi : 10.1021/j100843a026 .
  3. ↑ Herman F. Cordes; Herbert P. Richter; Carl A. Heller (1969). "Evidencia espectrométrica de masas de la existencia de 1,2-dioxetanodiona (dímero de dióxido de carbono). Intermediario quimioluminiscente". J. Am. Chem. Soc . 91 (25): 7209. doi : 10.1021/ja01053a065 .
  4. ↑ Schröder, Detlef; Schwarz, Helmut; Dua, Suresh; Blanksby, Stephen J.; Bowie, John H. (mayo de 1999). "Estudios de espectrometría de masas de los oxocarbonos C n O n ( n = 3–6)". International Journal of Mass Spectrometry . 188 ( 1– 2): 17– 25. Bibcode : 1999IJMSp.188...17S . doi : 10.1016/S1387-3806(98)14208-2 .
  5. ↑ Haiyan Chen, Michel Armand, Matthieu Courty, Meng Jiang, Clare P. Grey, Franck Dolhem, Jean-Marie Tarascon y Philippe Poizot (2009), "Sal de litio de tetrahidroxibenzoquinona: Hacia el desarrollo de una batería de iones de litio sostenible" J. Am. Chem. Soc. , 131 (25), pp. 8984–8988 doi : 10.1021/ja9024897
  6. ↑ Mousavi, SM, Zarei, M., Hashemi, SA, Lai, CW, & Bahrani, S. (2020). Aplicación práctica de baterías de iones de potasio para el almacenamiento de energía en la red. En Baterías de iones de potasio (pp. 43–98). Wiley. https://doi.org/10.1002/9781119663287.ch3
  7. ↑ J. Liebig, F. Wöhler (1830), "Ueber die Zusammensetzung der Honigsteinsäure" Poggendorfs Annalen der Physik und Chemie , vol. 94, número 2, págs. 161-164. Versión en línea consultada el 8 de julio de 2009.
  8. ^ Meyer H, Steiner K (1913). "Über ein neues Kohlenoxyd C 12 O 9 (Un nuevo óxido de carbono C 12 O 9 )" . Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft . 46 : 813– 815. doi : 10.1002/cber.191304601105 .
  9. ↑ Hans Meyer; Karl Steiner (1913). "Über ein neues Kohlenoxyd C 12 O 9 " . Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft . 46 : 813– 815. doi : 10.1002/cber.191304601105 .
  10. ↑ Richard B. Wyrwas y Caroline Chick Jarrold (2006), "Producción de C6 O − 6 a partir de la oligomerización de CO sobre aniones de molibdeno".J. Am. Chem. Soc.volumen 128 número 42, páginas 13688–13689.doi:10.1021/ja0643927