Grundlagen der Carbonate und Hydrogencarbonate erklärt

Hast du dich schon einmal gefragt, warum ein Kuchen im Ofen so schön fluffig aufgeht oder woraus die Kreide besteht, mit der wir an die Tafel schreiben? Die Antwort liegt in einer ganz bestimmten Familie von chemischen Stoffen: den Salzen der Kohlensäure. In diesem Artikel schauen wir uns die Grundlagen der Carbonate und Hydrogencarbonate genau an.

In dieser Lektion werden wir uns ansehen, wie diese Salze heißen, wo sie in der Natur vorkommen und wie man sie im Labor herstellen kann. Du wirst sehen, dass viele Dinge, die du im Alltag benutzt, eigentlich pure Chemie sind!

Vorwissen

• Ionen: Geladene Teilchen. Kationen sind positiv (z. B. $\text{Na}^+$), Anionen sind negativ (z. B. $\text{OH}^-$).

  Beispiel: Kochsalz ($\text{NaCl}$) besteht aus $\text{Na}^+$- und $\text{Cl}^-$-Ionen.

• Kohlensäure: Eine schwache Säure mit der Formel $\text{H}_2\text{CO}_3$.

  Beispiel: Sie entsteht, wenn sich Kohlenstoffdioxid ($\text{CO}_2$) in Wasser löst, wie in Sprudelwasser.

Aufgabentyp 1: Nomenklatur, Formeln und Vorkommen

Kohlensäure ($\text{H}_2\text{CO}_3$) kann ihre Wasserstoffteilchen abgeben. Je nachdem, wie viele sie abgibt, entstehen zwei verschiedene Arten von Salzen:

1. Hydrogencarbonate: Diese Salze enthalten das $\text{H}\text{CO}_3^-$-Ion. Sie haben noch ein Wasserstoffatom ($\text{H}$) übrig.

2. Carbonate: Diese Salze enthalten das $\text{CO}_3^{2-}$-Ion. Sie haben kein Wasserstoffatom mehr.

In der Chemie haben viele dieser Salze sogenannte Trivialnamen (Alltagsnamen), die du dir merken solltest:

• Natriumcarbonat (Soda): $\text{Na}_2\text{CO}_3 \cdot 10 \text{H}_2\text{O}$. Der hintere Teil bedeutet nur, dass Wasser im Kristall eingeschlossen ist. Es wird für die Herstellung von Glas, Seife und Reinigungsmitteln verwendet.

• Natriumhydrogencarbonat (Natron): $\text{Na}\textcolor{#08BFFF}{\text{H}}\text{CO}_3$. Das ist der Hauptbestandteil von Backpulver und Brausepulver. Es hilft auch als Medikament gegen Sodbrennen.

• Kaliumcarbonat (Pottasche): $\text{K}_2\text{CO}_3$. Wird für Schmierseifen und spezielles Glas genutzt.

• Calciumcarbonat (Kalk): $\text{CaCO}_3$. Ein extrem wichtiger Baustoff, der auch in Zement steckt.

Wo kommen sie in der Natur vor?

Calciumcarbonat (Kalk) baut ganze Gebirge auf! Kalkstein, Dolomit, Kreide, Marmor und sogar die Tropfsteine in Höhlen bestehen fast vollständig daraus. Soda und Natron findet man hingegen natürlich in großen Salzseen in sehr trockenen Regionen der Erde.

Aufgabentyp 2: Bildung und Löslichkeit

Wie stellt man diese Salze im Labor her? Der Trick ist, das Gas Kohlenstoffdioxid ($\text{CO}_2$) in eine basische Lösung (eine Hydroxidlösung) blubbern zu lassen. Diesen Vorgang nennt man Einleiten.

Schritt-für-Schritt-Anleitung

1. Leite Kohlenstoffdioxid in eine basische Hydroxidlösung ein.
2. Beobachte die Bildung von Carbonat und Wasser.
3. Stelle die Reaktionsgleichung für die Bildung des Salzes auf.
4. Leite bei Bedarf weiter Kohlenstoffdioxid ein, um Hydrogencarbonat zu erzeugen.

Die Bildung von Carbonat

Wenn wir $\text{CO}_2$ in Natronlauge (enthält $\text{Na}^+$- und $\text{OH}^-$-Ionen) einleiten, reagieren diese zu Natriumcarbonat (Soda) und Wasser. Die Reaktionsgleichung sieht so aus:

$2 \text{ Na}^+ + 2 \text{ OH}^- + \text{ CO}_2 \longrightarrow 2 \text{ Na}^+ + \text{ CO}_3^{2-} + \text{ H}_2\text{O}$

Die Bildung von Hydrogencarbonat

Was passiert, wenn wir einfach immer weiter $\text{CO}_2$ in diese Lösung einleiten? Das Natriumcarbonat reagiert mit dem zusätzlichen $\text{CO}_2$ und dem Wasser weiter. Es entsteht Natriumhydrogencarbonat (Natron):

$2 \text{ Na}^+ + \text{ CO}_3^{2-} + \text{ CO}_2 + \text{ H}_2\text{O} \longrightarrow 2 \text{ NaHCO}_3$

Die Löslichkeitsregel

Lösen sich diese Salze gut in Wasser auf? Hier gibt es eine einfache Regel:

• Fast alle Carbonate sind in Wasser schwerlöslich. (Denk an Kreide oder Marmor – sie lösen sich im Regen nicht einfach auf!).

• Die einzige Ausnahme: Alkalimetallcarbonate (wie Natriumcarbonat oder Kaliumcarbonat) lösen sich sehr gut in Wasser.

Durchgerechnete Beispiele

Wichtige Erkenntnisse

• Zwei Salzreihen: Hydrogencarbonate ($\text{HCO}_3^-$) und Carbonate ($\text{CO}_3^{2-}$).

• Wichtige Namen: Natriumcarbonat = Soda, Natriumhydrogencarbonat = Natron, Kaliumcarbonat = Pottasche, Calciumcarbonat = Kalk.

• Bildung: Carbonate entstehen, wenn man $\text{CO}_2$ in eine Hydroxidlösung einleitet.

• Löslichkeit: Carbonate sind meistens schwerlöslich in Wasser (Ausnahme: Alkalimetallcarbonate wie Soda).