En química , un anión oxocarbonado es un ion negativo que consiste únicamente en átomos de carbono y oxígeno y, por lo tanto, tiene la fórmula general C
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ypara algunos números enteros x , y y n .
Los aniones oxocarbonados más comunes son carbonato , CO2−3, y oxalato , C 2 O2−4Sin embargo, hay una gran cantidad de aniones estables en esta clase, incluidos varios que tienen usos industriales o de investigación. También hay muchos aniones inestables, como el CO−2y CO 4− , que tienen una existencia fugaz durante algunas reacciones químicas; y muchas especies hipotéticas, como CO4−4, que han sido objeto de estudios teóricos pero que aún no han sido observados.
Los aniones oxocarbonados estables forman sales con una gran variedad de cationes . Los aniones inestables pueden persistir en estado gaseoso muy enrarecido, como en las nubes interestelares . La mayoría de los aniones oxocarbonados tienen fracciones correspondientes en química orgánica , cuyos compuestos suelen ser ésteres . Así, por ejemplo, la fracción oxalato [−O−(C=O) 2 −O−] se presenta en el éster oxalato de dimetilo H 3 C−O−(C=O) 2 −O−CH 3 .
El ion carbonato tiene una estructura trigonal plana, grupo puntual D 3h . Los tres enlaces CO tienen la misma longitud de 136 pm y los 3 ángulos OCO son de 120°. El átomo de carbono tiene 4 pares de electrones de valencia, lo que demuestra que la molécula obedece a la regla del octeto . Este es un factor que contribuye a la alta estabilidad del ion, que se da 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 CO.
Con la teoría del enlace de valencia, la estructura electrónica del ion carbonato es un híbrido de resonancia de tres formas canónicas.
En cada forma canónica hay dos enlaces simples y un enlace doble. Las tres formas canónicas contribuyen por igual al híbrido resonante, por lo que los tres enlaces CO tienen la misma longitud.
En la teoría de los orbitales moleculares, el eje de 3 ejes se denomina eje z de la molécula. Se forman tres enlaces σ mediante la superposición de los orbitales s, p x y p y del átomo de carbono con un orbital p en cada átomo de oxígeno. Además, se forma un enlace π deslocalizado mediante la superposición del orbital p z del átomo de carbono con el orbital p z de cada átomo de oxígeno, que es perpendicular al plano de la molécula.
Téngase en cuenta que los mismos esquemas de enlace se pueden aplicar 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.
Un anión oxocarbonado C
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ypuede verse como el resultado de eliminar todos los protones de un ácido correspondiente C x H n O y . Carbonato CO2−
3, por ejemplo, puede verse como el anión del ácido carbónico H 2 CO 3 . A veces, el "ácido" es en realidad un alcohol u otra especie; este es el caso, por ejemplo, del acetilendioxilato C
2Oh2−
2que produciría acetilenodiol C 2 H 2 O 2 . Sin embargo, el anión es a menudo 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 del metanotetracarboxilato C(COO − ) 4 ).
Cada anión oxocarbonado C
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yEn principio, se puede comparar con la variante eléctricamente neutra (u oxidada ) C x O y , un oxocarbono ( óxido de 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 al extremadamente inestable trióxido de carbono neutro CO 3 ; [2] oxalato C
2Oh2−
4corresponden al aún menos estable 1,2-dioxetanodiona C 2 O 4 ; [3] y al anión croconato estable C
5Oh2−
5corresponde a la ciclopentanopentona neutra C 5 O 5 , que se ha detectado sólo en cantidades traza. [4]
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 C
6Oh2−
6puede reducirse al anión tetrahidroxibenzoquinona (THBQ) C
6Oh4−
6y luego al bencenohexolato C
6Oh6−
6. [5]
Un anión oxocarbonado C
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yTambién puede asociarse al anhídrido del ácido correspondiente. Este último sería otro oxocarbono con fórmula C x O y − n ⁄ 2 ; es decir, el ácido menos n ⁄ 2 moléculas de agua H 2 O. El ejemplo estándar es la conexión entre el carbonato CO2−
3y dióxido de carbono CO 2 . La correspondencia no siempre está bien definida ya que puede haber varias formas de realizar esta deshidratación formal, incluida la unión de dos o más aniones para formar un oligómero o polímero . A diferencia de la neutralización, esta deshidratación formal a veces produce oxocarbonos bastante estables, como el anhídrido melítico C 12 O 9 a partir del melitato C
12Oh6−
12vía ácido melítico C 12 H 6 O 12 [6] [7] [8]
Para cada anión oxocarbonado C
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yEn principio hay n −1 aniones parcialmente hidrogenados con fórmulas H
ado
incógnitaOh( n − k )−
y, donde k varía de 1 a n −1. Estos aniones se indican generalmente con los prefijos "hidrógeno", "dihidrógeno", "trihidrógeno", etc. Algunos de ellos, sin embargo, tienen nombres especiales: hidrogenocarbonato HCO−
3Se le llama comúnmente bicarbonato e hidrogenoxalato HC
2Oh−
4Se conoce como binoxalato .
Los aniones hidrogenados pueden ser estables incluso si el ácido completamente protonado no lo es (como es el caso del bicarbonato).
A continuación se muestra una lista incompleta de los aniones oxocarbonados conocidos o conjeturados.
Se han detectado varios otros aniones oxocarbonados en cantidades traza, como C
6Oh−
6, una versión ionizada simple de rodizonato. [9]