На что разлагается н2со3

Угольный ангидрид угольная кислота

Угольный ангидрид, или углекислый газ, постоянно образуется в природе при всевозможных процессах окисления органических веществ (гниение растительных и животных остатков, сжигание топлива, дыхание). В больших количествах углекислый газ выделяется из трещин земли в вулканических местностях и из воды минеральных источников.

В лабораториях угольный ангидрид обычно получают, действуя на мрамор СаСО₃ соляной кислотой:

В промышленности большие количества угольного ангидрида получают как побочный продукт при выжигании извести:

Под давлением около 60 ат угольный ангидрид при обыкновенной температуре превращается в жидкость. Жидкий угольный ангидрид хранят в стальных баллонах. При быстром выливании ею из баллона поглощается, вследствие испарения, так много тепла, что угольный ангидрид превращается в твердую белую снегообразную массу, которая, не плавясь, возгоняется при—78,5°.

Твердый угольный ангидрид под названием «сухого льда» применяется для охлаждения скоропортящихся продуктов, для производства и сохранения мороженого, а также во многих других случаях, когда требуется получение низкой темпера туры.

Раствор угольного ангидрида в воде имеет слегка кисловатый вкус и обнаруживает слабокислую реакцию на лакмус, обусловленную присутствием в растворе небольших количеств угольной кислоты Н₂СО₃, образующейся в результате следующей обратимой реакции:

Равновесие этой реакции сильно сдвинуто влево, так что не больше 1 % растворенного со₂ превращается в угольную кислоту.

Угольная кислота Н₂СO₃ может существовать только в водном растворе^При нагревании раствора углекислый газ улетучивается, равновесие смещается влево и, в конце концов, остается чистая вода. Формула угольной кислоты установлена на основании анализа ее солей.

Угольная кислота является очень слабой кислотой. В растворе она распадается главным образом на ионы Н • и НСО₃‘ и лишь в самом ничтожном количестве образует ионы СО₃«:

Как кислота двухосновная, угольная кислота образует два ряда солей — нормальные и кислые; нормальные соли называются карбонатами, кислые — гидрокарбонатами.

Соли угольной кислоты могут быть получены или действием на щелочи углекислого газа, или путем обменных реакций между растворимыми солями угольной кислоты и солями других кислот. Например:

Co слабыми основаниями угольная кислота в большинстве случаев дает только основные соли, примером которых может служить основной карбонат меди Cu2(О H)₂C О ₃. Встречающийся в природе минерал такого состава называется малахитом.

При действии кислот, даже таких слабых, как уксусная, все соли угольной кислоты разлагаются с выделением углекислого газа. Эта реакция очень характерна и часто служит для открытия карбонатов, так как выделение углекислого газа легко обнаружить по происходящему при этом шипению или с помощью горящей лучинки.

При более или менее сильном нагревании все соли угольной кислоты, кроме солей щелочных металлов, разлагаются с выделением углекислого газа. Продуктами разложения в большинстве случаев являются окислы соответствующих металлов. Например:

Гидрокарбонаты щелочных металлов при нагревании переходят в карбонаты:

Карбонаты калия, натрия и аммония, а также большинство гадрокарбонатов растворимы в воде, карбонаты других металлов в воде нерастворимы.

Растворы карбонатов калия и натрия, вследствие гидролиза, имеют сильно щелочную реакцию:

Этим объясняется, между прочим, их применение при стерке белья (щелочи способствуют удалению жиров с грязного белья).

Так же действует и настой золы на воде (так называемый «щелок») вследствие содержания в нем карбоната калия.

Из солей угольной кислоты в природе чрезвычайно распространен карбонат кальция СаСО₃. Он встречается в различных видах: известняк, мел, мрамор — все это лишь разновидности карбоната кальция. Эта же соль содержится почти во всякой почве.

Карбонат кальция нерастворим в воде. Поэтому известковая вода при пропускании через нее углекислого газа мутнеет:

Однако если долгое время пропускать сквозь известковую воду углекислый газ, то, мутная вначале, жидкость постепенно светлеет и, наконец, становится совершенно прозрачной. Растворение происходит вследствие образования кислой соли — гидрокарбоната кальция:

Гидрокарбонат кальция — вещество непрочное. При кипячении раствора или просто при продолжительном его стоянии на воздухе гидрокарбонат разлагается с выделением углекислого газа и образованием нормальной соли.

Растворимостью гидрокарбонатов в воде объясняется постоянное передвижение карбонатов в природе. Дождевая вода, содержащая углекислый газ, поглощенный ею из воздуха, просачиваясь сквозь почву и особенно сквозь пласты известняка, растворяет карбонат кальция и уносит его с собой в виде гидрокарбоната в ручьи, реки и моря. Оттуда он попадает в организмы морских животных и идет на построение их скелетов или, теряя углекислый газ, снова превращается в карбонат кальция и отлагается в виде пластов.

Кроме карбоната кальция, в природе встречается в больших количествах карбонат магния MgCO₃, известный под названием магнезита. Карбонат магния, так же как и карбонат кальция, легко растворяется в воде, содержащей углекислый газ, переходя в растворимую кислую соль.

Некоторые карбонаты являются ценными рудами и служат для получения металлов (например, шпатовый железняк FeCO₃, галмей ZnCO₃ и др.).

В технике и домашнем обиходе широкое применение имеют карбонаты и гидрокарбонаты натрия и калия.

Карбонат натрия Na2СO₃, или сода, является одним из главных продуктов основной химической промышленности. В огромных количествах сода потребляется стекольной, мыловаренной, целлюлозно-бумажной, текстильной, нефтяной и другими отраслями промышленности, а также служит для получения различных солей натрия. Применение соды в домашнем обиходе общеизвестно.

До конца XVIII в. вся сода, применявшаяся в промышленности, получалась исключительно из природных источников. Такими источниками являлись естественные отложения карбоната натрия, встречающиеся в Египте и некоторых других местах, зола морских водорослей и растений, произрастающих на солончаковой почве, и содовые озера. В 1775 г. французская академия наук, ввиду недостатка щелочей во Франции, назначила премию за изобретение наилучшего способа получения соды из поваренной соли. Однако прошло 16 лет, прежде чем заинтересовавшийся этим вопросом французский врач Николай Леблан разработал экономически выгодный сульфатный способ получения соды и в 1791 г. осуществил его в производственном масштабе.

Сульфатный способ в основном сводится к следующим процессам. Сначала поваренная соль действием серной кислоты превращается в сульфат натрия:

Сульфат натрия смешивают с известняком и углем и подвергают прокаливанию. Уголь восстанавливает сульфат в сульфид натрия:

Сульфид натрия вступает в реакцию с известняком, образуя сульфид кальция и соду:

Сплав, состоящие из соды, сульфида кальция, избытка угля и извести, обрабатывают водой для растворения карбоната натрия. Присутствие избытка извести, образующейся при разложении СаСО₃, препятствует гидролизу сульфида кальция и превращению его в растворимую кислую соль Ca(HS )₂, что позволяет полностью извлечь карбонат натрия из сплава. Раствор карбоната сгущают выпариванием до начала кристаллизации. При низкой температуре образуются легко выветривающиеся на воздухе кристаллы декагидрата Na₂CO₃ • Н₂О; при более высокой температуре выкристаллизовывается моногидрат Na₂CO₃ • Н₂О.

Побочными продуктами при получении соды по сульфатному способу являются: сульфид кальция, не имеющий промышленного применения, и хлористый водород, который в первое время выпускался на воздух, теперь же используется для получения соляной кислоты.

В 60-х годах XIX в. Сольвеем был предложен новый «аммиачный» способ получения соды из поваренной соли.

Аммиачный способ основан на образовании гидрокарбоната натрия при реакции между поваренной солью и гидрокарбонатом аммония в водном растворе.

В промышленности эта реакция осуществляется следующим образом. Концентрированный раствор поваренной соли насыщают при охлаждении аммиаком, а затем пропускают в него под давлением углекислый газ, получаемый обжигом известняка. При взаимодействии аммиака, углекислого газа и воды образуется гидрокарбонат аммония:

который, вступая в обменную реакцию с поваренной солью, дает хлорид аммония и гидрокарбонат натрия:

Течение этой реакции обусловлено тем, что гидрокарбонат натрия трудно растворим в холодной воде и выделяется в виде осадка который может быть отделен фильтрованием.

При прокаливании гидрокарбонат натрия разлагается на карбонат, воду и углекислый газ, вновь поступающий в производство:

Нагревая раствор, содержащий хлористый аммоний, с известью, выделяют обратно аммиак:

Таким образом, при аммиачном способе получения соды единственным отходом производства является хлористый кальций, остающийся в растворе после выделения аммиака и имеющий ограниченное применение.

Полученная по аммиачному способу сода не содержит кристаллизационной воды и называется кальцинированной содой.

Часть гидрокарбоната натрия поступает в продажу. Гидрокарбонат натрия применяется |в медицине (так называемая «питьевая сода»), а также вместо дрожжей.

В настоящее время аммиачный способ почти полностью вытеснил из употребления сульфатный способ Леблана. Главное преимущество аммиачного способа перед сульфатным заключается в малом расходе топлива.

Производство кальцинированной соды в СССР непрерывно растет. В 1957 г. оно достигло 1618 тыс. т, примерно втрое превысив объем производства 1940 г.

Карбонат калия к₂со₃, или поташ. В прежнее время поташ получали исключительно из золы растений, выщелачивая ее водой и выпаривая полученный раствор. Теперь поташ получается главным образом действием углекислого газа на раствор едкого кали, образующийся при электролизе раствора хлористого калия

Поташ представляет собой белое порошкообразное вещество,, расплывающееся во влажном воздухе и легко растворимое в воде. Применяется он при производстве мыла, при изготовлении тугоплавкого стекла, в фотографии и т. д.

Вы читаете, статья на тему Угольный ангидрид угольная кислота

Похожие страницы:

Понравилась статья поделись ей

Источник

Угольная кислота

реальные: 1) 3,60;
2) 10,33
кажущаяся [1] : 6,37

Содержание

Физические свойства

Молекула угольной кислоты имеет плоское строение. Центральный углеродный атом имеет sp²-гибридизацию. В гидрокарбонат- и карбонат-анионах происходит делокализация π-связи. Длина связи C—O в карбонат-ионе составляет 129 пм.

Химические свойства

Равновесие в водных растворах и кислотность

Угольная кислота существует в водных растворах в состоянии равновесия с гидратом диоксида углерода:

, константа равновесия при 25 °C

В свою очередь растворённый гидрат диоксида углерода находится в равновесии с газообразным диоксидом углерода:

Данное равновесие при повышении температуры сдвигается вправо, а при повышении давления — влево (подробнее см. Абсорбция газов).

Угольная кислота подвергается обратимому гидролизу, создавая при этом кислую среду:

, константа кислотности при 25 °C

Однако, для практических расчётов чаще используют кажущуюся константу кислотности, учитывающую равновесие угольной кислоты с гидратом диоксида углерода:

Гидрокарбонат-ион подвергается дальнейшему гидролизу по реакции

, константа кислотности при 25 °C

Таким образом, в растворах, содержащих угольную кислоту, создается сложная равновесная система, которую можно изобразить в общем виде следующим образом:

Значение pH в такой системе, соответствующей насыщенному раствору диоксида углерода в воде при 25 °C и давлении 760 мм рт. ст., можно рассчитать по формуле:

, где L = 0,034 моль/л — растворимость CO₂ в воде при указанных условиях.

Разложение

При повышении температуры раствора и/или понижении парциального давления диоксида углерода равновесие в системе смещается влево, что приводит к разложению части угольной кислоты на воду и диоксид углерода. При кипении раствора угольная кислота разлагается полностью:

Взаимодействие с основаниями и солями

Угольная кислота вступает в реакции нейтрализации с растворами оснований, образуя средние и кислые соли — карбонаты и гидрокарбонаты соответственно:

_{(конц.) (разб.)}

При взаимодействии угольной кислоты с карбонатами образуются гидрокарбонаты:

Получение

Угольная кислота образуется при растворении в воде диоксида углерода:

Содержание угольной кислоты в растворе увеличивается при понижении температуры раствора и увеличении давления углекислого газа.

Также угольная кислота образуется при взаимодействии её солей (карбонатов и гидрокарбонатов) с более сильной кислотой. При этом бо́льшая часть образовавшейся угольной кислоты, как правило, разлагается на воду и диоксид углерода:

Применение

Угольная кислота всегда присутствует в водных растворах углекислого газа (см. Газированная вода).

В биохимии используется свойство равновесной системы изменять давление газа пропорционально изменению содержания ионов оксония (кислотности) при постоянной температуре. Это позволяет регистрировать в реальном времени ход ферментативных реакций, протекающих с изменением pH раствора.

Органические производные

Некоторые представители подобных соединений перечислены в таблице.

См. также

Примечания

Литература

Оксиды углерода
Оксиды	CO2 · CO
Экзотические оксиды	Карбонилы металлов · Угольная кислота · Гидрокарбонаты · Карбонаты · Дикарбонаты · Трикарбонаты

Полезное

Смотреть что такое «Угольная кислота» в других словарях:

УГОЛЬНАЯ КИСЛОТА — Н2СО3, очень слабая и непрочная двухосновная кислота. Образуется при растворении диоксида углерода в воде. Дает соли карбонаты и гидрокарбонаты … Большой Энциклопедический словарь

УГОЛЬНАЯ КИСЛОТА — (H2CO3) очень слабая и непрочная двухосновная кислота, образующаяся при растворении в воде диоксида углерода (углекислого газа) CO2. Дает 2 ряда солей: карбонаты и бикарбонаты (гидрокарбонаты). В природе широко распространены нормальные карбонаты … Российская энциклопедия по охране труда

Угольная кислота — УГОЛЬНАЯ КИСЛОТА, H2CO3, образуется при растворении углерода диоксида в воде. Важнейшие производные карбонаты, мочевина (карбамид). … Иллюстрированный энциклопедический словарь

угольная кислота — Н2СО3, очень слабая и непрочная двухосновная кислота. Образуется при растворении диоксида углерода в воде. Даёт соли карбонаты и гидрокарбонаты. * * * УГОЛЬНАЯ КИСЛОТА УГОЛЬНАЯ КИСЛОТА, Н2СО3, очень слабая и непрочная двухосновная кислота.… … Энциклопедический словарь

Угольная кислота — H2CO3, слабая двухосновная кислота, при нормальных условиях существующая только в разбавленных водных растворах. У. к. образуется при растворении в воде двуокиси углерода: 2, при нормальных условиях не превышает 1% от содержания CO2.… … Большая советская энциклопедия

УГОЛЬНАЯ КИСЛОТА — Н2СО3, очень слабая и непрочная двухосновная кислота. Образуется при растворении диоксида углерода в воде. Даёт соли карбонаты и гидрокарбонаты … Естествознание. Энциклопедический словарь

Угольная кислота — (медико санит.) см. Углерод … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

УГОЛЬНАЯ КИСЛОТА — H2CO3, образуется при растворении CO2 в воде. Проявляет св ва слабой к ты. Равновесие CO2+H2O H2CO3 смещено влево, поэтому меньшая часть CO2 находится в р ре в виде H2CO3. Для У. к. константы диссоциации K1=4,27 … Химическая энциклопедия

УГОЛЬНАЯ КИСЛОТА — Н2СО3 очень слабая к та, существующая только в водном р ре. У. к. образуется при растворении углерода диоксида в воде (H2О + CO2 H2CO3). Как двухосновная к та У. к. даёт 2 ряда солей: средние карбонаты и кислые гидрокарбонаты … Большой энциклопедический политехнический словарь

УГОЛЬНАЯ КИСЛОТА, H2CO3 — УГОЛЬНАЯ КИСЛОТА, H2CO3, образуется при растворении углерода диоксида в воде. Важнейшие производные карбонаты, мочевина (карбамид) … Современная энциклопедия

Источник