Карбонатна кислота та її солі

Карбонатна кислота Н₂СО₃ може існувати лише у водному розчині. При нагріванні розчину карбон (IV) оксид звітрюється, рівновага реакції утворення Н₂СО₃ зміщується вліво і врешті-решт лишається чиста вода.

Карбонатна кислота дуже слабка. У розчині вона дисоціює, головним чином, на іони Н⁺ і НСО₃ і лише в мізерній кількості утворює іони СОз

Н₂СО₃ = Н⁺+ HCO₃- = 2Н⁺+ CO₃^2-

Як двохосновна кислота, карбонатна кислота утворює два ряди солей – середні і кислі; середні солі називаються карбонатами, кислі – гідрокарбонатами.[4]

Солі карбонатної кислоти можна добути або дією карбон (II) оксид на луги, або за допомогою обмінних реакцій між розчинними солями карбонатної кислоти та солями інших кислот. Наприклад:

NaOH + СО₂ = NaHCO₃;

NaHCO₃ +NaOH = Na₂CO₃ + H₂O;

ВаС1₂ + Na₂CO₃ = BaCO₃ + 2NaCl.

З слабкими основами карбонатна кислота здебільшого дає основні солі, прикладом яких може бути гідроксокарбонат купруму (СuОН)₂СО₃. Мінерал такого складу існує вприроді і називається малахітом.

При дії кислот, навіть таких слабких, як оцтова, всі карбонати розкладаються з виділенням діоксиду карбону. Цією реакцією часто користуються для відкриття карбонатів, оскільки виділення СО₂ легко виявити за характерним шипінням.

При нагріванні всі карбонати, крім солей лужних металів, розкладаються з виділенням СО₂. Продуктами розкладання здебільшого є оксиди відповідних металів, наприклад:

MgCO₃ = MgO + CO₂

СаСО₃ = СаО + СО₂

Гідрокарбонати лужних металів при нагріванні переходять у кар-бонати:

2NaHCO₃ = Na₂CO₃ + СО₂ + Н₂О.

Більшістьгідрокарбонатів, атакожкарбонатикалію, натрію, ру-бідію, цезіюіамоніюрозчиняютьсяуводі; карбонатиіншихметалівуводінерозчиняються.

Розчини карбонатів лужних металів внаслідок гідролізу мають сильнолужну реакцію:

Na₂CO₃ + Н₂О= NaHCO₃ + NaOH

або

CO₃^2- + H₂O = CO₃^- + OH^-

З солей карбонатної кислоти у природі дуже поширений карбонат кальцію СаСО₃. Він зустрічається у вигляді вапняку, крейди, мармуру.

Карбонат кальцію у воді не розчиняється. Тому вапняна вода (розчин гідроксиду кальцію) при пропусканні через неї карбон (II) оксид стає каламутною:

Са (ОН)₂ + СО₂ = СаСО₃| + Н₂О.

Проте якщо пропускати СО₂ через вапняну воду довго, то каламутна спочатку рідина поступово світлішає і, нарешті, стає зовсім прозорою. Розчинення відбувається внаслідок утворення кислої солі — гідрокарбонату кальцію:

СаСО₃ + Н₂О + СО₂ = Са(НСО₃)₂.

Гідрокарбонат кальцію — речовина нестійка. При кип'ятінні роз-чину або тривалому його стоянні на повітрі гідрокарбонат розкладається з виділенням СО₂ й утворенням середньої солі.

Розчинністю гідрокарбонатів у воді пояснюється постійне пересу-вання карбонатів у природі. Грунтові води, що містять СО2, проходячи крізь грунт і особливо крізь шари вапняку, розчиняють карбонат кальцію і виносять його з собою у вигляді гідрокарбонату в струмки, ріки і моря. Звідти він потрапляє в організми морських тварин і йде на побудову їхніх скелетів або, виділяючи карбон (II) оксид, знову перетворюється на карбонат кальцію і відкладається у вигляді шарів.[11]

Крім карбонату кальцію у природі у великій кількості зустрічається карбонат магнію MgCO₃, відомий під назвою магнезиту. Карбонат магнію, як і карбонат кальцію, легко розчиняється у воді, що містить СО₂.

Деякі карбонати є цінними рудами. їх використовують для добування металів, наприклад, шпатовий залізняк FeCO₃, галмей ZnCO₃.

Карбонат натрію, або сода, Na₂CO₃. У вигляді кристалогідрату сода відповідає формулі Na₂CO₃*10Н₂О. Але цей кристалогідрат легко вивітрюється — втрачає частину кристалізаційної води.

Сода один з найважливіших продуктів основної хімічної промисловості, її у великій кількості використовують скляна, миловарна, целюлозно-паперова, текстильна, нафтова та інші галузі промисловості; її також застосовують для добування різних солей натрію. Застосовується сода і в побуті, головним чином як миючий засіб.

Тепер соду добувають у промисловості аміачно хлоридним способом, що грунтується на утворенні гідрокарбонату натрію при реакції між хлоридом натрію і гідрокарбонатом амонію у водному розчині.

Концентрований розчин хлориду натрію насичують аміаком, а потім пропускають у нього під тиском діоксид карбону, який добувають при випалюванні вапняку. Під час взаємодії аміаку, карбон (II) оксид води утворюється гідрокарбонат амонію:

NH₃ + СО₂ + Н₂О = NH₄HCO₃,

який, вступаючи в обмінну реакцію з хлоридом натрію, утворює хлорид амонію і гідрокарбонат натрію:

NH₄HCO₃ + NaCl = NaHCO₈ + NH₄C1.

Гідрокарбонат натрію порівняно мало розчиняється в холодній воді і виділяється у вигляді осаду, який відфільтровують.

При прожарюванні гідрокарбонат натрію розкладається на карбонат, воду і діоксид карбону, який знову надходить у виробництво:

2NaHCO₃ = Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O.

Нагріваючи розчин, що містить хлорид амонію, з гашеним вапном, виділяють аміак:

2NH₄CI + Са(ОН)₂ = 2NH₃|+ СаС1₂ + 2Н₂О,

який також повертається у виробництво.

Отже, єдиним відходом виробництва є хлорид кальцію, що лишається у розчині після виділення аміаку і має обмежене застосування.

Добутий за аміачнохлоридним способом карбонат натрію не містить кристалізаційної води і називається кальцинованою содою.[5]

Калій карбонат, або поташ, К₂СО₃ — це білий порошок, що роз-пливається у вологому повітрі і добре розчиняється у воді. Його засто-совують для виготовлення мила, тугоплавкого скла, у фотографії. Поташ добувають дією діоксиду карбону на розчин гідроксиду калію, що утворюється під час електролізу розчину хлориду калію:

2КОН + СО₂ = К₂СО₃ + Н₂О.