Сторінка
4

Р – елементи ІV групи

Під тиском близько 0,6 МПа діоксид карбону при кімнатній тем­пературі перетворюється в рідину. Рідкий діоксид карбону зберіга­ють у стальних балонах. При швидкому виливанні його з балона, вна­слідок випаровування вбирається так багато теплоти, що СО2 пере­творюється на тверду білу снігоподібну масу, яка, не розтоплюючись, сублімується при —78,5° С. Твердий діоксид карбону під назвою «сухий лід» застосовують для охолодження продуктів, що швидко псуються, для виробництва і зберігання морозива, а також у багатьох інших випадках, коли потрібна низька температура.

Розчин СО2 у воді має кислуватий смак і виявляє слабкокислу ре­акцію, зумовлену наявністю в розчині невеликої кількості карбонатної кислоти Н2СО3, що утворюється за такою оборотною реакцією:

СО2 + Н2 О = Н2СО3.

Отже, діоксид карбону є ангідридом карбонатної кислоти.

Рівновага цієї реакції дуже зміщена вліво, тому лише незначна кількість розчиненого СО2 перетворюється на карбонатну кислоту.

Карбонатна кислота Н2СО3 може існувати лише у водному розчині. При нагріванні розчину діоксид карбону 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- = 2 Н++ CO32-

Константа дисоціації карбонатної кислоти у першому ступені, що враховує рівновагу іонів з усією кількістю діоксиду карбону в розчині (у формі СО2 і у вигляді карбонатної кислоти), виражається співвідношенням:

Константа дисоціації у другому ступені:

Як двохосновна кислота, карбонатна кислота утворює два ряди со­лей — середні і кислі; середні солі називаються карбонатами, кислі -гідрокарбонатами.

Солі карбонатної кислоти можна добути або дією діоксид карбону 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 в природі 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 = Са0 + СО2|.

Гідрокарбонати лужних металів при нагріванні переходять у кар­бонати:

2NaHCO3 = Na2CO3 + СО2| + Н2О.

Більшість гідрокарбонатів, а також карбонати калію, натрію, ру­бідію, цезію і амонію розчиняються у воді; карбонати інших металів у воді не розчиняються.

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 діоксиду карбону 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 роз­чину або тривалому його стоянні на повітрі гідрокарбонат розклада­ється з виділенням СО2 й утворенням середньої солі.

Розчинністю гідрокарбонатів у воді пояснюється постійне пересу­вання 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 діоксид карбону, знову перетворюється на карбонат кальцію і відкладається у вигляді шарів.

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 аміачнохлоридним 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, діоксиду карбону води утворюється гідрокарбонат амонію: