碳酸根（一种弱酸根）

简介

碳酸根，化学式为CO3，呈-2价，其中碳为最高价+4价，氧为-2价。

碳酸根

碳酸根虽然含碳，但含碳酸根的物质多是无机物。碳酸根是一种弱酸根，在水中电离后很容易和氢离子结合产生碳酸氢根离子和氢氧根离子，从而使水偏向弱碱性。

离子结构

C原子以sp2杂化轨道成键、离子中存在3个σ键，由C的3个sp2杂化轨道和三个O原子的2p轨道结合，离子为正三角形，而C中与分子平面垂直的另一个p轨道会与3个O原子中与分子平面垂直的p轨道结合成大π键，再加上所带两电荷，大π键中共有6个电子，从而形成π(6,4）键。碳酸根的离子半径小于次氯酸根，但是碳酸根可极化性也很强，能被极化。

碳酸根

作用

碳酸根对于调节人体酸碱平衡、维持人体内环境稳态有重要作用。碳酸钠和碳酸氢钠混合而成的碱性缓冲也，可以维持人体胃pH相对稳定；碳酸氢钠为弱碱性物质，当胃酸(主要是盐酸)过多时，碳酸钠与盐酸反应生成碳酸氢钠，可以增高pH；当胃酸较少，胃环境pH较高时，碳酸氢钠又可与强碱性物质反应生成碳酸钠，碳酸钠呈弱碱性，因此可以降低胃环境的pH，达到双向调节作用，以保持胃环境pH相对稳定。

检验

因为碳酸根离子易与氢离子结合生成二氧化碳气体，所以可用酸来检验。

实验室一般用稀盐酸与澄清石灰水来检验。

取样，加入盐酸生成的气体通入澄清的石灰水中。

加入盐酸有无色无味的气体生成，将生成的气体通入澄清的石灰水中有白色沉淀生成。

说明含有碳酸根离子或者碳酸氢根离子或亚硫酸根离子或亚硫酸氢根离子。

另取试样，加入氯化钙有沉淀生成，即可证明含有碳酸根离子。

其实也可以直接加入氯化钙产生白色沉淀，加入稀盐酸，产生无色无味的气体，通入澄清石灰水中出现白色沉淀，即可证明。

可以观察到有无色无味的气体生成，且该气体通入澄清的石灰水中有浅黄色沉淀生成的现象。则说明该物质中含有碳酸根离子或者碳酸氢根离子或亚硫酸根离子或亚硫酸氢根离子。另取试样，加入氯化钙有沉淀生成，即可证明含有碳酸根离子。其实也可以直接加入氯化钙产生浅黄色沉淀，加入稀盐酸，产生无色无味的气体，通入澄清石灰水中出现浅黄色沉淀，即可证明。

目前（2010年）油田主要用化学滴定法测定碳酸根和碳酸氢根，可以盐酸为滴定剂，用电导滴定法快速测定工业水中HCO3含量。因为水中电导率会随着盐酸滴入而发生变化，所以通过测电导率值可绘制出滴定曲线，确定滴定终点，进而求出HCO3-的含量。此方法简单快速、结果准确、精密度高，滴定终点极易确定，适合于水质检验、环境监测和工业生产监控。滴定法是比较传统且非常成熟的一种测定方法，能够简单快捷地测得水样中HCO3-的含量，但主要适合于实验室临时操作。

离子选择电极是20世纪60年代发展起来的一种新的电化学分析工具，设备简单、测量方便、易于自动化、分析准确、快捷，在国外已广泛应用于工业分析。采用双电极法来测定碳酸根和碳酸氢根，电极为测氢离子浓度的离子选择电极和502型二氧化碳气敏电极，并把整个测试系统设计成测量HCO3和CO3的自动化仪表，该系统以单片机为核心进行控制和信号处理，采用高输入阻抗的测量电路与高内阻的CO2相匹配，信号放大电路实现信号放大，温度补偿电路以保证溶液温度的稳定。整个测试过程只需十多分钟，并可长时间连续工作，但对外界环境的稳定性和电极测量的重现性要求较高。实现测量的准确性、快速性，并实现仪器的小型化、智能化，可方便地用于在线测定。

有学者提出了基于气态进样技术的电感耦合等离子体原子光谱法对水样中 HCO3和 CO3含量进行测定。将试样与一定量的稀盐酸反应生成的CO2以气态进样方式导入仪器进行检测，测定CO2气体中碳含量的分析谱线波长为247.86nm。实验将同一份试样溶液与不同体积的0.01mol/L 盐酸溶液反应，绘制出CO2的释放量与相应的盐酸消耗量（mL）之间的曲线，即可计算出样品中CO3和HCO3的含量，HCO3和 CO3的检出限分别为0.21mg/L和0.82mg/L。

碳酸及碳酸盐

概述

1、碳酸是一种弱酸，不稳定，易分解为水和二氧化碳，通常有碳酸生成的化学反应写成水和二氧化碳的形式。碳酸常用于制作汽水。

2、碳酸盐有很多，在生活中有许多常见的碳酸盐，比如纯碱（碳酸钠）、石灰石（主要成份为碳酸钙）等。除碳酸钾、碳酸钠、碳酸铵外，碳酸盐一般都难溶于水。除碱金属的碳酸盐外，其余的碳酸盐大多易受热分解。

常见的碳酸盐及其用途

碳酸钙是石灰石和大理石的主要成份，重要的工业原料和建筑材料，经常用于工业制取二氧化碳和生石灰，实验室用碳酸钙与稀盐的反应制取二氧化碳。碳酸钙也常用于补钙剂中。

碳酸钠俗称纯碱，用于食品中去除酸性物质。可以和氢氧化钙反应用于制备氢氧化钠。

碳酸钾草木灰的主要成分，重要的钾肥。

碳酸氢钠俗称小苏打，用作食品工作的发酵剂、汽水和冷饮中二氧化碳的发生剂、黄油的保存剂等。

碳酸盐中有如下几个沉淀及难溶物，但这些难溶物均溶于酸：碳酸钙，碳酸钡。

相关领域

制革业

制革离不开水，特别是湿操作工段，制革用水的硬度对成品革的质量影响非常大。如果制革用水的硬度偏高，高于饮用水允许的最高硬度，则经湿操作工段后出现松面、炸面的革坯往往撕裂强度较低；炸面的革坯身骨扁薄僵硬，涂饰时不吸浆、易掉浆等，因此测定制革用水的碳酸氢根（HCO3）和碳酸根（CO3）含量，对制革生产具有重要的实际意义。

油田钻井

HCO3和 CO3是原油分离水中的主要的阴离子，测定油田地层水中的 HCO3和 CO3的浓度有助于我们了解地层水的种类、硬度等指标。随着钻探领域的扩大，在很多区块钻井过程中会遇到 CO3和 HCO3离子对钻井液造成污染的问题，使常用钻井液处理剂，尤其是稀释剂不能有效地发挥作用，致使钻井液黏度和切力急剧增大，处理困难。按一般的处理方法，加人铁铬盐碱液或者磺化单宁碱液不但不能实现降粘效果，反而会出现越加稀释剂，钻井液的粘切会越高的反常现象。如果对 CO3离子造成的污染认识不足，就会给钻井液性能的控制带来很大困难，影响钻井作业的正常进行。测定油田地层水中的碳酸根和碳酸氢根的含量有助于了解地层水的种类、硬度等指标，同时可以监测它们在管路腐蚀中所起的作用。

农田土壤

CO3是土壤可溶盐分的组份之一，土壤所含的可溶盐分达一定数量后，会直接影响作物的发芽和正常生长。就盐分组成而言，苏打盐分（碳酸钠、碳酸氢钠）对作物的危害最大。所以测土壤的CO3根离子的含量十分重要。石灰性土壤地区灌溉水中 HCO3浓度较高时对作物生长十分不利，原因之一是 HCO3能减少根系吸收的养分由茎向叶片和生殖器官的转移，对P、Ca、Mg、Fe、Mn的影响极大；石灰性土壤地区的水稻田中发生的缺Zn现象，通常是水中存在HCO3的缘故。过多的HCO3既影响蛋白质合成和呼吸作用，也降低养分的吸收量，导致不少植物发生失绿。因此，测量生活用水、河水、灌溉水等与植物生存密切相关的水源中HCO3的含量，对研究植物的生存状况有重要意义。

人体pH调节

血清HCO3是血浆中重要的缓冲体系，也是判断体内酸碱失衡的重要指标，对诊断和治疗呼吸性酸中毒和慢性呼吸性碱中毒起着非常重要的作用。因此测定血浆中HCO3含量具有极为重要的临床意义：HCO3主要由碳酸氢盐解离而来。当其它的阴离子缺乏时，为保持与阳离子含量的平衡，HCO3就会增多以代替其它减少的阴离子含量。因此，HCO3对维持体内阴阳离子平衡具有重要意义。体内HCO3实际含量的增减可直接影响pH 的稳定。当体内出现代谢性酸碱失衡时，由于缓冲作用，HCO3浓度会在体内较多的固定酸或固定碱影响下随之改变。当出现代谢性酸中毒时，血浆中HCO3含量会下降；而出现代谢性碱中毒时，血浆中HCO3含量则会增加。因此血浆中的HCO3含量是体内代谢性酸碱失衡的一个重要指标。