Угольная кислота H2CO3
Угольная кислота известна только в виде разбавленного водного раствора и образуется при растворении углекислого газа в воде:
CO2+H2O = H2CO3
Угольная кислота относится к разряду неустойчивых слабых кислот, являясь слабым электролитом с коэффициентом диссоциации = 4,5·10-7.
Являясь двухосновной кислотой, H2CO3 диссоциирует ступенчато:
- первая ступень (образуется гидрокарбонат-ион):
H2CO3 ↔ H++HCO3- - вторая ступень (образуется карбонат-ион:
HCO3- ↔ H++CO32-
Угольная кислота образует два типа солей:
- кислые соли (гидрокарбонаты):
- NaHCO3 - гидрокарбонат натрия;
- MgHCO3 - гидрокарбонат магния;
- нормальные соли (карбонаты):
- Na2CO3 - карбонат натрия;
- CaCO3 - карбонат кальция
В отличие от угольной кислоты, ее соли являются устойчивыми соединениями.
В воде растворяются только карбонат аммония и карбонаты щелочных металлов (Na2CO3, K2CO3).
Карбонаты железа и алюминия в водных растворах не существуют, поскольку подвергаются полному гидролизу, выпадая в осадок соответствующего гидроксида с выделением углекислого газа.
При нагревании карбонаты и гидрокарбонаты разлагаются с выделением углекислого газа:
MgCO3 = MgO+CO2↑
CaCO3 = CaO+CO2↑
2NaHCO3 = Na2CO3+CO2↑+H2O
Качественными реакциями на карбонаты и гидрокарбонаты являются реакции с растворами кислот, в процессе которых происходит выделение углекислого газа:
- NaHCO3+HCl = NaCl+H2O+CO2↑
- Na2CO3+2HCl = 2NaCl+CO2↑
- MgCO3+2HCl = MgCl2+CO2↑
Качественная реакция на углекислый газ - помутнение раствора известковой воды при пропускании через него углекислого газа:
Ca(OH)2+CO2 = CaCO3↓+H2O
Карбонаты получают взаимодействием углекислого газа с основными оксидами и основаниями:
- CO2+Na2O = Na2CO3
- CO2+Ca(OH)2 = CaCO3↓+H2O
Самым известным карбонатом среди рядовых обывателей, не знакомых с химией, является карбонат натрия (Na2CO3), который все знают под названием сода. В промышленности сода применяется для получения мыла, бумаги, стекла.
Соду получают аммиачно-хлоридным способом, в основе которого лежит взаимодействие хлорида натрия с гидрокарбонатом аммония в водном растворе:
- на первом этапе концентрированный водный раствор хлорида натрия насыщают углекислым газом и аммиаком, с целью получения гидрокарбоната аммония:
NH3+CO2+H2O = NH4HCO3 - гидрокарбонат аммония вступает в обменную реакцию с NaCl с образованием малорастворимого в холодной воде гидрокарбоната натрия:
NH4HCO3+NaCl = NaHCO3↓+NH4Cl - полученный гидрокарбонат натрия фильтруют и прокаливают, - на выходе получается сода:
2NaHCO3 ↔ Na2CO3+H2O+CO2↑
В пищевой промышленности используется гидрокарбонат натрия (NaHCO3), известный, как пищевая сода.
В производстве стекла и мыла используется поташ (карбонат калия, K2CO3).
Карбонат кальция (CaCO3) входит в состав мела, мрамора, известняка, широко используемых в строительстве. Карбонатом кальция производят известкование кислых почв, с целью улучшения их сельскохозяйственных качеств.
