Хімія підготовка до ЗНО та ДПА
Комплексне видання

ЧАСТИНА І

ЗАГАЛЬНА ХІМІЯ

ХІМІЯ ЕЛЕМЕНТІВ

КАРБОН. СИЛІЦІЙ

Карбонати

Як уже зазначалося вище, карбонатна кислота утворює два типи солей: середні солі (з аніоном СО₃^2- , наприклад, кальцій карбонат — СаСО₃, натрій карбонат — Na₂CO₃) і кислі солі (з аніоном НСO₃, наприклад, натрій гідрогенкарбонат — NaHCО₃, амоній гідрогенкарбонат — NH₄HCО₃).

Карбонати й гідрогенкарбонати зазвичай являють собою безбарвні або білі кристалічні сполуки (за винятком пофарбованого в зелений колір мінералу малахіту — основного купрум(ІІ) карбонату Сu₂(OН)₂СO₃).

У воді розчиняються тільки карбонати лужних металів (окрім Літію) та амонію. На відміну від середніх солей, кислі солі, гідрогенкарбонати усі розчинні. Розчини карбонатів і гідрогенкарбонатів проявляють лужну реакцію за рахунок реакції гідролізу:

Розчинні карбонати металів (Na₂CO₃, К₂СO₃ та (NH₄)₂ CO₃) при нагріванні не змінюються аж до температури плавлення, а нерозчинні карбонати при нагріванні розкладаються на оксид металу та вуглекислий газ:

На відміну від карбонатів, усі гідрогенкарбонати розчиняються у воді. Однак уже при несильному нагріванні (до +80 °С) гідрогенкарбонати розкладаються згідно з рівняннями:

Із цими реакціями люди зіштовхуються в побуті при кип’ятінні води в чайнику, адже вапняний наліт на стінках чайника та на нагрівальній спіралі пральної машини не що інше, як суміш карбонатів Кальцію, Магнію й Феруму, що утворилися при розкладі відповідних гідрогенкарбонатів.

Усі карбонати й гідрогенкарбонати взаємодіють із більш сильними кислотами, ніж карбонатна, наприклад з оцтовою (СН₃СООН) або хлоридною (НСl) кислотами. При цьому виділяється вуглекислий газ і утворюються відповідні солі:

Перетворення карбонатів у гідрогенкарбонати

Оскільки гідрогенкарбонати являють собою кислі солі, то вони вступають у взаємодію з основами. При цьому утворюються карбонати й вода:

Можливий також і зворотний процес добування гідрогенкарбонатів з карбонатів. Для цього через розчин (або завись нерозчинного карбонату) пропускають вуглекислий газ. При цьому відбуваються такі перетворення:

Отже, ми можемо пояснити такий експеримент: через розчин кальцій гідроксиду (Ca(OH)₂) пропускають вуглекислий газ. При цьому розчин спочатку мутніє, а потім стає знову прозорим. Очевидно, що при взаємодії кальцій гідроксиду з вуглекислим газом утворюється нерозчинний кальцій карбонат, через що й утворюється біла каламуть:

При подальшому пропусканні вуглекислого газу розчин знову стає прозорим за рахунок утворення кальцій гідрогенкарбонату:

Твердість води

Твердість води — це природна властивість води, обумовлена присутністю в ній розчинених солей Кальцію та Магнію. Сумарну концентрацію іонів Магнію й Кальцію називають загальною твердістю води. Розрізняють постійну й тимчасову твердість води, їхня порівняльна характеристика подана в таблиці.

Морська вода непридатна для миття рук через її твердість — у твердій воді мило не милиться. Тверда вода так само непридатна для прання, тому що основний компонент прального порошку утворює хімічна сполука з іонами Магнію та Кальцію. Природна помірна твердість води необхідна для нормального вмісту Кальцію в організмі та повноцінного розвитку його кісток, але при надмірному її вживанні з’являється ймовірність утворення в нирках каменів, які являють собою Кальцієві й Магнієві солі щавлевої кислоти: MgC₂О₄ — магній оксалат та СаС₂О₄ — кальцій оксалат;.

У трубах з гарячою водою, у котлах і чайниках відкладається вапняний наліт, що перешкоджає нормальному теплообміну й у свою чергу призводить до надмірної витрати палива, а надалі й до течі труб, вибуху котлів та плавлення чайників.

Для того щоб позбутися вапняного нальоту в чайнику, слід залити його на ніч столовим оцтом (9% водним розчином оцтової кислоти).

Застосування карбонатів і гідрокарбонатів

Якісна реакція на карбонат-іон

Для виявлення карбонат-іона використовують, в основному, дві реакції. Перша полягає в тому, що на досліджуваний розчин діють розведеними мінеральними кислотами, наприклад, сульфатною або хлоридною. При цьому, у разі присутності карбонатів, виділяються пухирці вуглекислого газу, що утворюється за такою реакцією:

У якісному аналізі також використовують той факт, що карбонати лужноземельних металів нерозчинні у воді. Тоді до досліджуваного розчину додають сіль Кальцію або Барію, унаслідок чого в розчині утворюється біла каламуть: