Carbonate - Définition

Introduction

Structure d'un ion carbonate

Le carbonate est, en chimie, un ion formé d'un atome de carbone et de trois atomes d'oxygène portant une double charge électrique négative (CO^2-), ou un composé chimique comprenant cet anion.

Sur terre, sur le long terme, les carbonates jouent un rôle majeur dans le rétrocontrôle du climat et des gaz à effet de serre via le cycle du carbone. Ils constituent (dans le manteau terrestre, après sédimentation dans les océans et surtout sous forme de carbonate de calcium) l'essentiel des puits (« durables ») de carbone.

Quelques exemples de carbonates :

• carbonate d'argent : AgCO
• carbonate de baryum : BaCO
• carbonate de manganèse : MnCO

Structure

Dans l'ion carbonate CO^2-, chaque atome de carbone se trouve au centre d'un triangle équilatéral dont chaque sommet est occupé par un atome d'oxygène.

Aucun ion oxygène n'est commun à deux groupements triangulaires carbone-oxygène ; ceux-ci doivent être considérés comme des unités distinctes dans la structure des minéraux carbonatés et ils sont en grande partie responsables des propriétés particulières de ce groupe.

La liaison entre le carbone central et les oxygènes est moins forte que dans le dioxyde de carbone. En présence de l'ion hydrogène, le radical carbonate devient instable et se brise. Cette instabilité est à l'origine des tests à l'acide qui permettent de reconnaître les carbonates dans un composé organique ou inorganique. Au contact d'une solution d'acide chlorhydrique HCl, les ions CO^2- forment du dioxyde de carbone CO, dont le dégagement gazeux est observable sous forme d'effervescence.

Lorsque l'ion carbonate est combiné avec les cations divalents (Ca²⁺, Fe^2+`…), il forme des composés de structure géométrique simple, généralement rhomboédrique ou orthorhombique. Le carbonate de calcium se cristallise à la fois avec la structure rhomboédrique de la calcite et la structure orthorhombique de l'aragonite.

Carbonate de calcium

Les roches carbonatées sont des roches sédimentaires composées d'une grande proportion de carbonate ; souvent du carbonate de calcium (CaCO).

Exemples :

Carbonate de calcium :

• Calcaire
• Craie

Il existe plusieurs variétés minéralogiques du carbonate de calcium, ces deux types différant par leur système cristallin. il s'agit de la calcite (système rhomboèdrique) qui est la forme la plus stable et l'aragonite (système orthorhombique) qui est la forme qui cristallise naturellement dans les océans actuels. Une autre variété est la vatérite, mais cette forme est rare car très instable dans les conditions de pression et de température normales.

Propriétés

Les carbonates sont des minéraux que l'on trouve en abondance à la surface de la Terre. Le carbonate de calcium est le constituant principal des coquilles de nombreux organismes. On le retrouve surtout dans la lithosphère sous forme de roches dites calcaires, les plus abondantes parmi les roches sédimentaires. Ce stock considérable de carbone est alimenté par le métabolisme des êtres vivants sous forme de dioxyde de carbone, lequel donne notamment, en se combinant avec les métaux divalents, des composés insolubles dans les conditions normales de la lithosphère : les carbonates. Des dissociations ultérieures peuvent cependant intervenir, à la faveur desquelles le carbone mis en réserve est restitué à la biosphère et à l'atmosphère. Ainsi les carbonates se trouvent à la croisée des cycles biochimique et géochimique du carbone, localisés essentiellement dans la zone superficielle de la lithosphère. La présence des carbonates dans les roches d'origine interne est, en effet, exceptionnelle et elle pose l'un des problèmes les plus intéressants de la pétrologie, celui de l'origine « primaire » du carbone en profondeur.

Les carbonates alcalins ne se dissocient qu'à très haute température, les carbonates alcalino-terreux et le carbonate de lithium à température moins élevée ; la température à laquelle une pression déterminée de dioxyde de carbone est atteinte décroît du carbonate de baryum au carbonate de magnésium, en passant par le strontium puis le calcium. Les carbonates alcalins solubles dans l'eau sont hydrolysés.