Неорганічні кислоти мають дуже важливе значення в хімічній промисловості. Адже вони є сировиною для багатьох синтезів, каталізують процеси, діють як водоотнимающие кошти при дегідратації та інше.
Однак ще цінніші їх солі – продукти заміщення водню на метал у складі їх молекул. Вугільна кислота в цьому відношенні є особливою. Адже сама по собі вона практично не існує, на повітрі відразу розпадаючись на вуглекислий газ і воду. Зате вугільна кислота утворює солі, які відомі людині з давніх часів. Вони користуються великою популярністю у багатьох галузях виробництва та діяльності. Їх і розглянемо.
Солі вугільної кислоти: класифікація
По-перше, відразу слід зазначити, що називатися аналізовані речовини можуть по-різному. Так уже повелося, що всі назви прижилися і використовуються донині, як історично склалися або тривіальні, так і дані за раціональною номенклатурою. Отже, солі вугільної кислоти, називаються вони так:
- карбонати;
- бікарбонати;
- вуглекислі;
- двовуглекислу;
- гідрокарбонати.
Ну і звичайно, у кожної є ще своє простонародне назва, яке є індивідуальним.
У наведених назвах відразу відображена та класифікація розглянутих сполук. Так як кислота двухосновная, то і солі вона формує двох видів:
- середні;
- кислі.
До назви останніх додаються приставки гідро – або бі-. Практично кожна сіль лужного або лужноземельних металів – це практично важливе з’єднання, яке потрібно людям в господарській діяльності.
Історія відкриття та використання
З найдавніших часів людям відомі солі вугільної кислоти. Адже ще в Стародавньому Єгипті здійснювали будівництво за допомогою гіпсу, алебастру, використовували вапняк і мармур.
У працях Плінія Старшого згадується технологічний процес одержання вапна випаленням вапняку. Славнозвісне чудо світу – піраміди – споруджувалися з використанням гіпсу і матеріалів, отриманих нього. Із золи рослин отримували поташ і використовували його для прання білизни, а потім і в миловарінні.
Тобто використовувати продукти, які дає природа, люди вміли практично завжди. Однак те, що це солі вугільної кислоти, яке вони мають будову, як можна синтезувати їх штучно, і які інші їх характеристики, стало відомо багато пізніше, вже в XVII-XVIII століттях.
Сьогодні широке застосування знаходять багато карбонати лужних і лужноземельних металів, деякі з них беруть важливу участь в процесах циркуляції підземних вод.
Родовища у природі
По процентному співвідношенню розглянуті мінерали займають приблизно 5% від усієї маси земної кори. Вони утворюються в основному зовні, утворюючи гірські породи. Також багато солей формується гідротермальним шляхом.
Мікроорганізми, молюски та інші тварини і рослини сприяють утворенню карбонатів біохімічним шляхом. Часто солі вугільної кислоти зустрічаються у складі руд, супроводжуючи їх шляхом формування асоціатів.
Найвідоміші мінерали і гірські породи цих сполук:
- кальцит;
- доломіт;
- крейда;
- мармур;
- вапняк;
- гіпс;
- магнезит;
- сидерит;
- малахіт.
Способи одержання і застосування
Солі вугільної кислоти називаються карбонати (якщо мова йде про середні варіаціях). Це означає, що до їх складу обов’язково входить карбонат-іон, формула якого CO32-. Для завершення повного виду саме солі не вистачає лише катіона металу та індексів, які відображають кількісний склад з’єднання. Це використовується в лабораторних способи отримання цих речовин.
Адже крім видобутку з природних джерел, вуглекислі солі можна синтезувати і по реакціях обміну, сполуки і заміщення. Однак практичної значущості такі способи не мають, так як вихід продукту занадто малий і енерговитратний.
Де ж здійснюється застосування солей вугільної кислоти, в яких областях? Для кожної з них це індивідуально, але в загальному можна окреслити кілька основних галузей.
- Будівельна справа.
- Хімічна промисловість.
- Виробництво скла.
- Миловаріння.
- Синтез папери.
- Харчова промисловість.
- Виготовлення миючих і чистячих засобів.
- Карбонати кальцію – джерело іонів металу в організмі живих істот.
Розглянемо конкретно кілька прикладів карбонатів, їх склад та значення.
Карбонат кальцію
Як вже було зазначено вище, дану речовину – джерело іонів кальцію Са2+ в організмі людини. А це дуже важливо. Адже вони беруть участь у підтримці сталості буферної системи крові,що входять до складу кісток, нігтів, волосся, зміцнюють зубну емаль.
При нестачі кальцію розвиваються різні захворювання, у тому числі і такі небезпечні, як серцева недостатність, остеопороз, патологічні зміни в кришталику очного яблука та інші.
Крім цього, карбонат кальцію також застосовується в будівельній справі. Адже його різновиди – це:
- крейда;
- мармур;
- вапняк.
Родовища даної солі досить багаті, щоб людина не відчував дефіциту в ній. Часто вона продається в очищеному вигляді у формі таблеток, як на фото нижче. Правда, щоб кальцій засвоювався досить добре, потрібна присутність вітаміну Д.
Вуглекислий натрій
Солі вугільної кислоти – карбонати – мають важливе значення і в побутовому господарстві людини. Так, карбонат натрію, або вуглекислий натрій, в народі має назву сода. Однак це не те речовина, яка є важливою частиною при приготуванні різних страв. Ні, дана сіль використовується в господарських цілях для чищення побутових поверхонь виробів: ванн, раковин, посуду та інших. Вона більш відома як кальцинована або білизняна сода, її використовують у скляному виробництві, миловарінні.
Формула даного з’єднання Na2CO3*10H2O. Це середня водна сіль, відноситься до кристаллогидратам. У природі зустрічається у вигляді мінералів і в складі гірських порід. Приклади:
- трону;
- накхолит;
- термонатрит.
Часто виділяється з морських водоростей, їх золи. Саме цей спосіб використовували в давнину, щоб отримати сировину для виробництва мила або просто випрати білизну. Найбагатшим рослиною, що містить дану сіль, є солянка содоносная. Її зола максимально прийнятна для одержання карбонату натрію.
Поташ
Формула солі вугільної кислоти, що має таку назву, – K2CO3. Це білий дрібнокристалічний гігроскопічний порошок. Середня безводна сіль, яка має дуже гарну розчинність. Дане з’єднання також відомо людям вже давно, і воно знаходить широке застосування сьогодні. Синоніми назви:
- карбонат калію;
- поташ;
- вуглекислий калій.
Основні області використання наступні.
- В якості реагенту при процесах виробництва рідкого мила.
- Для синтезу кришталю та оптичного скла, тугоплавкого скла.
- Для фарбування тканин.
- Як добриво для сільськогосподарських культур.
- У будівельній справі – для зниження температури замерзання будівельних сумішей.
- У фотосправі.
Основний промисловий спосіб отримання даної солі – електроліз хлориду кальцію. При цьому формується гідроксид, який взаємодіє з діоксидом вуглецю і утворює поташ. Природна сировина – це зола злаків і водоростей, в яких міститься багато.
Питна сода
Кислі солі вугільної кислоти мають не менш важливе значення, ніж середні. Так, наприклад, бікарбонат натрію, формула якого NaHCO3. Інша його назва, більш відома для всіх – питна сода. Зовні це дрібнодисперсний білий порошок, який дуже добре розчинний у воді. З’єднання при нагріванні нестійке, одразу розкладається на вуглекислий газ, воду і середню сіль. Це дозволяє використовувати питну соду в якості буфера у внутрішньому середовищі живих організмів.
Також існує ще кілька областей застосування даного з’єднання:
- харчова (особливо кондитерська) промисловість;
- медицина (для обробки опіків кислотами);
- у хімічних синтезах при отриманні пластмас, барвників, пінопластів, товарів побутової хімії;
- в легкій і текстильній промисловості (дублення шкіри, обробка шовкових тканин та інше);
- використовується при виготовленні газованих напоїв і різних кулінарних страв;
- бікарбонатом натрію заправляють вогнегасники.
Гідрокарбонат кальцію
Ця кисла сіль вугільної кислоти – важлива частина в циркуляції підземних вод. Дане з’єднання забезпечує формування тимчасової жорсткості води, устраняемой кип’ятінням. При цьому саме бікарбонат кальцію сприяє масових переміщень карбонатів у природі, тобто здійснює їх кругообіг. Формула цього з’єднання – Ca(HCO3)2.