Водный раствор диоксида углерода обладает свойствами слабой кислоты: он окрашивает (очень слабо) лакмус в красный цвет. На основании этого свойства можно заключить, что в растворе диоксид углерода находится частично в форме угольной кислоты (Н 2 СО 3), которая в свою очередь частично диссоциирует на ионы:
СО 2 + Н 2 О ↔ Н 2 СО 3 ,
Н 2 СО 3 ↔ 2Н + + СО 3 2- .
Угольная кислота может реагировать с одним или двумя эквивалентами сильного основания, образуя первичные, или кислые карбонаты (гидрокарбонаты) и вторичные, или нейтральные (нормальные) карбонаты:
H 2 СО 3 + МOН → MHСО 3 + Н 2 О;
Н 2 СО 3 + 2МОH → М 2 СО 3 + 2Н 2 О.
Угольная кислота, как двухосновная кислота, диссоциирует в две стадии:
H 2 СО 3 ↔ Н + + HСО 3 —
НСО 3 — ↔ Н + + СО 3 2- .
Соли, угольной кислоты, карбонаты; в водном растворе гидролитически расщеплены. В их растворах устанавливаются равновесия:
M 2 CO 3 + H 2 O ↔ MOH + MHCO 3
MHCO 3 + H 2 O ↔ MOH + H 2 CO 3
Поэтому карбонаты обнаруживают щелочную реакцию, причем это справедливо не только для вторичных или «нейтральных», но и для первичных или «кислых» карбонатов (гидрокарбонатов). Только по отношению к таким индикаторам, для которых, как для фенолфталеина, цветовой переход щелочь → кислота протекает тогда, когда раствор является еще слабо основным, первичные карбонаты (гидрокарбонаты) реагируют на холоду (0 °С и немного выше) как «кислоты».
Гидролитическое расщепление (вторичного) карбоната натрия составляет, по данньм Аусрбаха, при 18 °С в 0,1 н. растворе 3,5 % в 0,01 н. − 12,4 %. В 0,1 н. растворе карбоната натрия концентрация гидроксид-ионов составляет, следовательно, при 18 °С 3,5-10 -3 моль/л. В растворе гидрокарбоната натрия он составляет при той же температуре 1,5∙10 -6 моль/л.
Известны первичные карбонаты (гидрокарбонаты) щелочных, щелочноземельных и некоторых других двухвалентных металлов. Все они легко растворимы в воде. Исключением является гпдрокарбонат натрия, на малой растворимости которого основан метод Сольве получения соды. При кипячении растворов гидрокарбонатов происходит превращение их в нормальные карбонаты с отщеплением СО 2 .
Вторичные или нормальные карбонаты, образуются главным образом одно- и двухвалентными металлами. Нормальные карбонаты, за исключением карбонатов щелочных металлов, трудно растворимы в воде.
Помимо карбонатов щелочных металлов, легко растворим также карбонат аммония. Достаточно легко растворим и карбонат одновалентого таллия.
Все карбонаты разлагаются нелетучими кислотами. Очень слабые кислоты (такие, как борная и кремневая, и соответственно их ангидриды) разлагают карбонаты только при прокаливании.
Карбонаты щелочных металлов можно расплавить без разложения. Прочие карбонаты разлагаются при нагревании, отщепляя СО 2: М 2 СО 3 = М 2 О + СО 2 .
Этому разложению способствует удаление образующейся СО 2 (понижение давления) или устранение оксида М 2 О из смеси. Последнее можно достигнуть добавлением термостойкой кислоты или ее ангидрида, например SiO 2 , которая образует соль с основным оксидом. На этом свойстве основано разложение карбонатов при прокаливании их с ангидридами очень слабых, однако термостойких кислот, таких, как борная и кремневая.
Карбонат натрия производиться в виде белого порошкообразного вещества. В простонародье это вещество называют кальцинированной содой, в международном производстве применяют название Sodium carbonate.
Соду использовали еще в древних временах, первыми ее нашли египтяне. Они использовали ее для мытья посуды и для производства стекольных изделий. Зачастую ее находили в соляных пластах, которые находились под землей. Ее месторождением также считают содовые озера. Она находится в составе некоторых минералов и водорослей. Соду можно найти в нахколитах, термонатритах и натронах.
Формула карбоната натрия Na2CO3. Также это вещество можно назвать натриевой солью угольной кислоты. Свое наименование сода получила из-за того, что в процессе ее производства гидрокарбонат натрия подвергают высокому нагреву. Современные производители изготавливают это вещество разнообразными способами. Самыми популярными считаются метод Сольве и химическая переработка минералов.
Физические свойства
Молярная масса карбоната натрия 105,9 г/моль. Данное вещество обладает небольшой плотностью - 2,54 г/см³. Кальцинированная сода быстро растворяется в водной среде, начинает кипеть при температуре 1 600°C. Этот материал имеет высокую гигроскопичность, он легко впитывает в себя запахи и влагу. Если карбонат натрия Na2CO3 хранить в открытом виде, то он начинает слеживаться.
Реакции взаимодействия карбоната натрия
Это вещество способно реагировать с большим количеством химических соединений.
Гидрокарбонат аммония и хлорид натрия в своей реакции образуют осадок в виде пищевой соды.
NH4HCO3 + NaCl = NaHCO3 + NH4C
Карбонат натрия в реакции с соляной кислотой
Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + H2O + CO2
Раствор карбоната натрия и соляной кислоты в результате взаимодействия образовывают пищевую соль, воду и углекислый газ, который испаряется в воздух.
Чтобы получить кальцинированную соду, соединяют гидроксид натрия с углекислым газом. В результате этой реакции, образуется кальцинированная сода и вода.
2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O
Реакция взаимодействия уксусной кислоты и карбоната натрия
2СН3СООН + Na2CO3 = H2O + CO2 + 2CH3COONa
Для получения карбоната кальция, необходимо произвести реакцию, в которой будут участвовать карбонат натрия и хлорид кальция.
Na2(CO3)+CaCl2=2NaCl+CaCO3 (осадок)
Кальцинированная сода может вступать в реакцию с серной кислотой.
Na2CO3+H2SO4=NA2SO4 + H2O +CO2
Обменная реакция сульфида натрия и карбоната кальция.
Na2S + СаСО3 → Na2CO3 + CaS
Карбонат натрия быстро взаимодействует с водой. Водный раствор карбоната натрия разлагается следующим образом:
Na2(CO3)+2Н2О= 2 Na+СО3+2Н +2ОН
Взаимодействие карбоната натрия с нитратом кальция
Na2CO3 + Ca(NO3)2 → 2NaNO3 + CaCO3↓
Представленные уравнения реакций карбоната натрия показывают, что это вещество можно получить разными способами. Оно способно качественно взаимодействовать с кислотами и водой.
Применение кальцинированной соды
Сфера применения этого вещества достаточно широкая. Раствор карбоната натрия используют в пищевой промышленности. Пищевая сода добавляется в составы многих продуктов питания для урегулирования кислотности, повышения воздушности теста, для эмульгирования.
Технический карбонат натрия находит свое применение в сфере стекольного производства. Также это вещество вводиться в состав бумаги, мыла, различных чистящих и моющих средств. В тяжелой промышленности его используют в процессе изготовления чугунных изделий.
Большой спрос на этот материал замечен в:
- . в процессе производства цветных металлов,
- . нефтеперерабатывающей промышленности,
- . текстильном производстве.
В химической сфере с помощью реакций с карбонатом натрия получают другие натриевые соли.
За счет кальцинированной соды проходит очистка водных труб, а также понижается жесткость воды.
В результате переработки угольной кислоты с солями калия и натрия получают карбонат калия-натрия. Этот материал не имеет характерного цвета, он быстро растворяется в водной среде. Его используют в процессе производства цемента. Он способствует быстрому затвердеванию.
Техническая сода имеет разное предназначение, ее выпускают двух марок:
Водный карбонат натрия марки Б используют для приготовления различных моющих средств. Его также применяют для очищения нефтяных продуктов. В химической промышленности он помогает получать натриевые, фосфорные и хромовые соли.
Обе марки карбоната натрия входят в составы разного стекла. Их добавляют в составы:
- . стекол для оптических приборов,
- . стеклоблоков,
- . керамической плитки,
- . медицинского стекла,
- . пеноблоков.
Марка А применяется в процессе изготовления электровакуумного стекла. Для этой цели карбонат натрия должен иметь высший сорт.
Производители и стоимость
Соединенные Штаты Америки, Канада, Мексика и ЮАР считаются мировыми лидерами по производству этого материала. На их территории сосредоточены большие природные залежи. В Российской Федерации содовые озера находятся на территории Забайкалья и Сибири.
Основными промышленными компаниями, которые изготавливают карбонат натрия в России, считаются:
- . ООО Югреактив,
- . ООО ТранзитХим,
- . ООО АнгараРеактив,
- . группа компаний ХИМПЭК,
- . ООО НефтеГазХимКомплект.
Средняя цена карбоната натрия составляет 20-25 рублей за 1 кг. Фасуют кальцинированную соду в полиэтиленовые мешки и картонные упаковки.
Cтраница 1
Взаимодействие карбонатов и бикарбонатов щелочных металлов или аммония с солями уранила приводит к образованию комплексных ионов типа: [ UO2 (CO3) 3 ] 4 -, [ UO2 (CO3) 2 (H2O) 2 ] 2 - и др. Наиболее важными в технологии производства урана являются карбонатные комплексные соли натрия и аммония.
Взаимодействие карбоната бария с пятиокисью ниобия при неизотермическом нагревании сопровождается появлением на кривой ДТГ максимумов скорости выделения двуокиси углерода при 670 - 690 и 960 - 980 С. В изотермических условиях реакция протекает с заметной скоростью при температурах выше 650 С.
Процессы взаимодействия карбоната бария с окислами подгруппы ванадия удовлетворительно описываются указанными уравнениями в пределах до 70 - 80 % превращения исходных компонентов в конечный продукт реакций.
При взаимодействии карбоната калия с кислотами образуются соли этих кислот с выделением диоксида углерода.
При взаимодействии карбоната циркония с карбонатом аммония образуется (ЫН4) з2гОН (СОз) з - 2Н2Р - бесцветное кристаллическое вещество, растворимое в воде и нерастворимое в этаноле.
При взаимодействии карбоната калия с хлороводородом образуются хлорид калия, диоксид углерода и вода. Определите количество хлорида калия и объем диоксида углерода (при н.у.), которые образуются из 24 82 г хлороводорода.
Так как при взаимодействии карбонатов с кислотами происходит связывание ионов водорода, карбонатами, как и основаниями, можно пользоваться для нейтрализации кислот. Так, известняк СаСОз в размолотом виде применяется для известкования почв при излишней их кислотности.
| Кинетика взаимодействия смесей МеСОз и МоО3 при температуре 375 С. 1 - MgCO3 Mo03MgMoO4. |
С заметной скоростью реакции взаимодействия карбонатов щелочноземельных металло в с трехокисью молибдена протекает при температурах выше 300 С.
Хлорид рубидия RbCl получают взаимодействием карбонатов с соляной кислотой, хорошо растворим в воде.
Химическая пена образуется при взаимодействии карбоната или бикарбоната натрия с кислотой в присутствии пенообразователя. Пенообразующий порошок состоит из сухих солей (сернокислого алюминия, бикарбоната натрия) и лакричного экстракта или другого пенообразующего вещества. При взаимодействии с водой сернокислый алюминий (или другие сернокислые соли), бикарбонат натрия и пенообразователь растворяются и немедленно реагируют с образованием диоксида углерода.
Химическая пена образуется при взаимодействии карбоната или бикарбоната с кислотой в присутствии пенообразователя. Практически такую пену получают в эжекторных переносных приборах (пеногенераторах) из пенопорошка и воды. Пенопорошок состоит из сухих солей (сернокислого алюминия, бикарбоната натрия) и лакричного экстракта или другого пенообразующего вещества. При взаимодействии с водой сернокислый алюминий (или другие сернокислые соли), бикарбонат натрия и пенообразователь растворяются и немедленно реагируют с образованием двуокиси углерода.
Химическая пена образуется при взаимодействии карбоната или бикарбоната с кислотой в присутствии пенообразователя. Такую пену получают в эжекторных переносных приборах (пе-ногенераторах) из пенопорошка и воды. Пенопорошок состоит из сухих солей (сернокислого алюминия, бикарбоната натрия) и лакричного экстракта или другого пенообразующего вещества. При взаимодействии с водой сернокислый алюминий (или другие сернокислые соли), бикарбонат натрия и пенообразователь растворяются и вступают в реакцию, образуя диоксид углерода.
