Карбонатна кислота та її солі

РОЗДІЛ 2 НЕМЕТАЛІЧНІ ЕЛЕМЕНТИ ТА ЇХ СПОЛУКИ

ХІМІЧНІ ЕЛЕМЕНТИ IVA ГРУПИ

§ 48. Карбонатна кислота та її солі

Усвідомлення змісту цього параграфа дає змогу:

Називати солі карбонатної кислоти за хімічною і тривіальною номенклатурами;

Характеризувати фізичні та хімічні властивості, способи добування, застосування карбонатної кислоти та її солей;

Складати рівняння відповідних хімічних реакцій.

Карбонатна кислота Н2СО3 відповідає кислотному карбон(ІV) оксиду СО2. Належить до двохосновних оксигеновмісних кислот. Модель молекули

зображена на мал. 80.

– Складіть графічну та електронну формули карбонатної кислоти.

Чим зумовлена її двухосновність?

Унаслідок незначної полярності зв’язків О-Н карбонатна кислота є слабким електролітом. Дисоціює ступінчасто:

 Карбонатна кислота та її солі

Карбонатна кислота нестійка, існує лише у водному розчині. У разі намагання виділити її з розчину, а також при нагріванні та тривалому зберіганні розкладається на воду і карбон(ІV) оксид, тому є леткою:

 Карбонатна кислота та її солі

class=""/>

Як оксигеновмісну карбонатну кислоту одержують розчиненням карбон(ІV) оксиду у воді:

 Карбонатна кислота та її солі

Така сама реакція відбувається під час виготовлення газованої води й утворення мінеральної води в природних умовах.

Солі карбонатної кислоти. Як двохосновна карбонатна кислота утворює два ряди солей – середні (карбонати) і кислі (гідрогенкарбонати). Для деяких солей цієї кислоти застосовують тривіальні назви:

Ма2СО3 – натрій карбонат, сода, пральна сода, кальцинована сода;

К2СО3 – калій карбонат, поташ;

МаНСО3 – натрій гідрогенкарбонат, питна сода;

Na2COg – 10Н20 – кристалогідрат натрій карбонату, кристалічна сода;

СаСО3 – кальцій карбонат, кальцит, вапняк, крейда, мармур.

Фізичні властивості. Усі карбонати – тверді речовини з йонною кристалічною граткою, більшість, за винятком карбонатів лужних елементів та амонію, – нерозчинні у воді. Більшість гідрогенкарбонатів, навпаки, добре розчиняються у воді, малорозчинний лише натрій гідрогенкарбонат.

 Карбонатна кислота та її солі

Мал. 80. Модель молекули карбонатної кислоти

Хімічні властивості солей карбонатної кислоти зумовлені, з одного боку, належністю їх до класу солей, з іншого – пов’язані з особливостями карбонатної кислоти, а саме її слабкістю, нестійкістю, леткістю, двохосновністю. Розглянемо найважливіші з них.

Взаємодія з кислотами. Під дією сильніших, ніж карбонатна, кислот на карбонати виділяється вуглекислий газ:

 Карбонатна кислота та її солі

Скорочені йонні рівняння цих реакцій мають вигляд:

 Карбонатна кислота та її солі

З них видно, що йони Гідрогену зв язуються карбонат-іонами так само, як під час взаємодії кислот з основами, тому для нейтралізації кислот можна використовувати карбонати. Ця властивість карбонатів знаходить застосування у сільському господарстві: для зниження кислотності і покращення структури грунтів до них вносять розмелений вапняк. Відбувається реакція:

 Карбонатна кислота та її солі

Цей процес називається вапнуванням грунтів.

Реакцію солей карбонатної кислоти з сильними кислотами використовують для їх виявлення.

Розкладання при нагріванні. У результаті нагрівання всі карбонати, крім карбонатів лужних елементів, розкладаються з виділенням вуглекислого газу:

 Карбонатна кислота та її солі

Гідрогенкарбонати лужних елементів при нагріванні перетворюються на карбонати:

 Карбонатна кислота та її солі

Інші – на оксиди:

 Карбонатна кислота та її солі

Взаємоперетворення карбонатів і гідрогенкарбонатів. Якщо через водний розчин карбонату Натрію або Кальцію пропустити вуглекислий газ, то карбонати перетворюються на гідрогенкарбонати:

Na2CO3 + CO2 + H2O = 2NaHCO3; СаСО3 + CO2 + H2O = Са(НС03)2 Нагріванням добутих розчинів можна знову одержати карбонати.

ЛАБОРАТОРНІ ДОСЛІДИ

ЯКІСНА РЕАКЦІЯ НА КАРБОНАТ – ТА ГІДРОГЕНКАРБОНАТ-ІОНИ

В одну пробірку насипте трохи (вкрити лише дно) крейди, в іншу налийте 2 мл розчину питної соди. У кожну додайте по 1 мл хлоридної кислоти, одразу закрийте пробками з газовідвідними трубками, які опустіть у пробірки з свіжоприготовленою вапняною водою. Спостерігайте утворення в обох пробірках з вапняною водою білого кристалічного осаду кальцій карбонату.

Продовжуйте пропускати вуглекислий газ крізь розчин з осадом однієї з пробірок. Спостерігайте розчинення осаду кальцій карбонату внаслідок перетворення його на кальцій гідрогенкарбонат. Прокип’ятіть цей розчин і спостерігайте утворення знову осаду кальцій карбонату.

Зробіть висновок про те, яка реакція є якісною на карбонати і гідрогенкарбонати та якою ознакою вона супроводжується; за яких умов відбувається взаємоперетворення карбонатів і гідрогенкарбона – тів. Складіть рівняння відповідних реакцій у послідовності їх перебігу в молекулярній та йонних формах.

Гідроліз карбонатів. Карбонати лужних елементів як солі слабкої двохосновної кислоти у водному розчині гідролізують з утворенням лужного середовища:

 Карбонатна кислота та її солі

Карбонати трьохвалентних металічних елементів, наприклад алюміній карбонат, ферум(ІІІ) карбонат і хром(ІІІ) карбонат, зазнають повного гідролізу, внаслідок якого утворюються відповідні основи та вуглекислий газ. Тому при зливанні, зокрема, розчинів алюміній хлориду і натрій карбонату утворюються не продукти реакції обміну, а продукти повного гідролізу солі:

 Карбонатна кислота та її солі

Саме тому в таблиці розчинності в клітинках цих солей стоять риски, які вказують на неможливість їх існування у водному розчині.

Добування. Деякі карбонати у великій кількості існують у природі в складі гірських порід і мінералів (див. мал. 68).

Інші карбонати добувають у промисловості та в лабораторії, користуючись відомими вам властивостями солей карбонатної кислоти і вуглекислого газу.

– Складіть чотири рівняння реакцій добування середніх і кислих солей карбонатної кислоти.

Застосування найважливіших карбонатів і гідрогенкарбонатів наведено у табл. 16.

Т а б л и ц я 16

Застосування солей карбонатної кислот

Формула солі, назва

Галузі застосування

СаCО3 – крейда, мармур, вапняк

Будівельні матеріали, виробництво вапна, наповнювач паперу та гуми, основа зубних паст, вапнування грунтів

Na2CO3, кальцинована сода

Виробництво скла, мила та інших мийних засобів, паперу, добування сполук Натрію

NaHCO3, питна сода

У вогнегасниках, виробництві штучних мінеральних вод, як розпушувач тіста, лікувальний засіб

К2СО3, поташ

Мінеральне добриво, у виробництві рідкого мила, тугоплавкого скла

Коротко про головне

Карбонатна кислота є слабкою, нестійкою двохосновною кислотою, яка існує лише в розчині. Утворює два ряди солей – карбонати і гідрогенкарбонати. Добувають розчиненням вуглекислого газу у воді. Використовується в газованих напоях.

Солі карбонатної кислоти – кристалічні речовини з йонною граткою. Середні солі лужних елементів та амонію добре розчинні у воді, решта – мало або практично нерозчинні, кислі солі краще розчиняються, ніж середні. Виявляють характерні для солей властивості: взаємодіють з кислотами з виділенням вуглекислого газу, розкладаються за нагрівання (крім карбонатів лужних елементів). Карбонати і гідрогенкарбонати за певних умов взаємоперетворюються. Добувають за допомоги вуглекислого газу та природних карбонатів. Мають широке застосування у виробництві будівельних матеріалів, скла, мийних засобів, паперу, в сільському господарстві для вапнування грунтів, а також у медицині, побуті.

Для допитливих. У природній воді містяться гідрогенкарбонати Кальцію і Магнію. Якщо така вода просочується крізь склепіння печери і крапає униз, розчинені гідрогенкарбонати поступово перетворюються на карбонати. З плином часу з’являються мінеральні утворення у вигляді бурульок, трубочок тощо – сталактити. Водночас на дні печери аналогічно утворюються сталагміти – конусоподібні стовпчики, напливи тощо. Сталактити і сталагміти можуть з’єднуватися в колони заввишки до 30 м (мал. 81).

 Карбонатна кислота та її солі

Мал. 81. Сталактити і сталагміти