Les carbonates sont les composés chimiques de l’ion carbonate CO₃^2-. L’ion carbonate est composé d’un atome de carbone relié à un atome d’oxygène par une liaison double et à deux ions O^-. Le bicarbonate, ou hydrogénocarbonate, est l’ion HCO₃^-.

La structure de l'ion carobnate CO₃^2- est particulière. La représentation ci-dessus correspond certes la règle de l'octet :

• le carbone est entouré de quatre doublets,
• les deiux atomes d'hydrogène chargés négativement complète leur octet par une liaison simple avec le carbone,
• le troisième, neutre électriquement, entretient une liaison double.

Oui, mais voilà : la nature a horreur des dissymétries, surtout à l'échelle atomique. C'est d'ailleurs confirmé par les mesures spectroscopiques. Les trois liaisons CO ont la même longueur et la même énergie. Il y donc a tout lieu de penser que les orbitales du carbone sont en hybridation sp² (carbone au centre d'un triangle équilatéral formé par les atomes d’oxygène). L'orbitale p restante est perpendiculaire au plan du triangle. En fait, elle va former une liaison pi délocalisée avec les trois atomes d'oxygène. Ceux-ci ne portent donc pas une charge -1 mais une charge partielle -2/3. La charge de l'ion est répartie sur toute sa surface, ce qui en fait un ion particulièrement soluble dans l'eau.

Dans les composés carbonatés, les atomes d’oxygène ne sont reliés qu’à un atome de carbone. Il n’y a pas de polymérisation comme dans le cas des silicates. Les carbonates sont donc des cristaux ioniques.

Carbonates alcalins

Les carbonates alcalins sont classés dans la catégorie des sels. Ils se présentent sous forme de poudre cristalline blanche très soluble dans l’eau. Le carbonate de sodium Na₂CO₃ et le carbonate de potassium Ka₂CO₃ en sont les principaux représentants. Ils sont tous deux solubles dans l’eau. Le carbonate de sodium est utilisé de manière industrielle (industrie du verre, sidérurgie, détergent...) mais aussi comme additif alimentaire. Le carbonate de potassium est aussi utilisé l’industrie du verre, comme engrais et comme additif alimentaire. Les bicarbonates comme le bicarbonate de sodium NaHCO₃ ou de potassium KHCO₃ sont des hydrogénocarbonates.

Le carbonate de sodium hydraté Na₂CO₃.10 H₂O est plus connu sous le nom de natron. La pokrovskite Mg₂CO₃(OH)₂.H₂O est un carbonate de magnésium anhydre.

Carbonates alcalino-terreux

Les carbonates alcalino-terreux (principalement jouent un rôle important dans la géologie de la croûte terrestre. Ce sont des roches sédimentaires qui se sont formées par séquestration du dioxyde de carbone pendant le premier milliard d’années de l’histoire de la Terre. Le calcaire de nos falaises et des reliefs karstiques est composé de carbonate de calcium CaCO₃ et de magnésium MgCO₃. La craie est constituée quant à elle de 90% de carbonate de calcium. Les carbonates alcalino-terreux sont également solubles dans l’eau mais bien moins que les carbonates alcalins. C’est l’effet du ruissellement et des infiltrations d’eau qui vaut aux reliefs karstiques d’être le siège de rivières souterraines et de grottes.

Le calcaire est très utilisé dans la construction, soit comme pierre de parement ou comme moellon. L’hydrogénocarbonate de calcium Ca(HCO₃)₂ est utilisé comme additif alimentaire.

La dolomie CaMg(CO₃)₂ est la roche qui constitue le relief des dolomites. Le groupe minéralogique des dolomites comporte d’autres composés calcium/magnésium comme la huntite CaMg₃(CO₃)₄. Il comporte également des composés carbonatés associant des cations calcium ou magnésium avec des cations métalliques comme l’ankérite Ca(Fe,Mg,Mn)(CO₃)₂.

Il existe aussi du carbonate de baryum BaCO₃ (withérite) et de strontium SrCO₃ mais ils sont beaucoup moins répandus.

Carbonates de métaux de transition

Il existe également de nombreux carbonates métalliques. La sidérite FeCO₃ est très présente dans les minerais de fer. Le carbonate de cuivre CuCO₃ est ce pigment bleu vert qui patine le toit de nombreux monuments historiques. La malachite Cu₂CO₃(OH)₂ est une pierre ornementale verte très utilisée dans le passé pour réaliser des colonnes ou des vases. La céruse (PbCO₃)₂·Pb(OH)₂, un pigment blanc utilisé autrefois en cosmétique, est un composé à base de carbonate de plomb. Le carbonate de manganèse MnCO₃ a été affublé du nom de rhodochrosite.