Карбонаты
![](https://cdn.xn--h1ajim.xn--p1ai/thumb.php?f=Carbonate-3D-balls.png&width=200)
Карбона́ты — соли и эфиры угольной кислоты (H2CO3). Неорганические карбонаты подразделяются на средние, или просто карбонаты, содержащие анион СО32−, и кислые (гидрокарбонаты или бикарбонаты), содержащие анион НСО3−[1].
Свойства
Почти все карбонаты — бесцветные вещества[2]. За исключением карбонатов щелочных металлов, они неустойчивы к нагреванию — разлагаются ещё до плавления. Карбонаты двухвалентных ртути и меди, а также многих трёхвалентных металлов не существуют при нормальных условиях[3].
Растворимость
Из средних карбонатов в воде растворимы только соли щелочных металлов, аммония и одновалентного таллия. Хуже всего растворимы карбонаты кальция, бария, стронция и свинца. Все гидрокарбонаты, наоборот, хорошо растворимы в воде[1].
Как правило, карбонаты не образуют кристаллогидратов (исключение — карбонаты натрия и некоторых редких элементов)[3].
Поскольку угольная кислота относится к слабым кислотам, растворы её солей вследствие гидролиза имеют щелочную реакцию, более сильную у карбонатов и более слабую у гидрокарбонатов.
Химические свойства
При нагревании гидрокарбонаты переходят в карбонаты:
- [math]\ce{ 2NaHCO3 ->[100^\circ\text{C}] Na2CO3{} + H2O{} + CO2 }[/math]
При сильном нагревании (чем активнее металл, тем выше требуемая температура[1]) все карбонаты разлагаются на оксиды и углекислый газ:
- [math]\ce{ Na2CO3 ->[1000^\circ\text{C}] Na2O{} + CO2 }[/math]
- [math]\ce{ CaCO3 ->[800^\circ\text{C}] CaO{} + CO2 }[/math]
Карбонаты реагируют с кислотами сильнее угольной (включая такие слабые, как уксусная) с выделением углекислого газа, эти реакции являются качественными реакциями на наличие карбонатов[4]:
- [math]\ce{ Na2CO3 + 2 HCl -> 2 NaCl + H2O + CO2 ^ }[/math]
- [math]\ce{ NaHCO3 + HCl -> NaCl + H2O + CO2 ^ }[/math]
Под действием растворённого в воде углекислого газа нерастворимые карбонаты переходят в раствор, превращаясь в гидрокарбонаты (эти процессы протекают в природе и вызывают жёсткость воды)[1]:
- [math]\ce{ CaCO3 + H2O + CO2 -> Ca(HCO3)2 }[/math]
- [math]\ce{ FeCO3 + H2O + CO2 -> Fe(HCO3)2 }[/math]
Получение
Некоторые малорастворимые в воде карбонаты могут быть получены при помощи реакций ионного обмена:
- [math]\ce{ CaCl2 + Na2CO3 -> 2NaCl + CaCO3v }[/math]
Это возможно только для тех металлов, карбонаты которых растворяются в воде хуже, чем гидроксиды, а именно кальция, стронция, лантаноидов, одновалентного серебра, двухвалентных свинца, марганца и кадмия. Ионы других металлов дают основные соли или гидроксиды[1].
Этот раздел не завершён. |
Распространение в природе
Нормальные карбонаты широко распространены в природе, например: кальцит СаСО3, доломит CaMg(CO3)2, магнезит MgCO3, сидерит FeCO3, витерит ВаСО3, баритокальцит BaCa(CO3)2 и другие. Существуют и минералы, представляющие собой основные карбонаты, например, малахит CuCO3·Cu(ОН)2.
Гидрокарбонаты натрия, кальция и магния встречаются в растворённом виде в минеральных водах, а также, в небольшой концентрации, во всех природных водах, кроме атмосферных осадков и ледников. Гидрокарбонаты кальция и магния обуславливают так называемую временную жёсткость воды. При сильном нагревании воды (выше +60 °C) гидрокарбонаты кальция и магния разлагаются на углекислый газ и малорастворимые карбонаты, которые выпадают в осадок на нагревательных элементах, дне и стенках посуды, внутренних поверхностях баков, бойлеров, труб, запорной арматуры и так далее, образуя накипь.
Применение
Карбонаты кальция, магния, бария и др. применяют в строительном деле, в химической промышленности, оптике и др. В технике, промышленности и быту широко применяется сода (Na2CO3 и NaHCO3): при производстве стекла, мыла, бумаги, как моющее средство, при заправке огнетушителей, в кондитерском деле. Кислые карбонаты выполняют важную физиологическую роль, являясь составной частью буферных систем крови, поддерживающих постоянство её рН.
Природные карбонаты свинца, цинка, марганца — ценные руды, из которых получают металлы[5].
Примеры
Неорганические карбонаты
- Гидрокарбонат магния-калия
- Гидрокарбонат никеля(II)
- Гидрокарбонат тринатрия
- Карбонат калия-натрия
- Карбонат кальция-калия
- Карбонат магния-кальция
- Пероксогидрокарбонат калия
- Пероксодикарбонат калия
- Тиокарбонат калия
Органические карбонаты
Сложные эфиры угольной кислоты (не путать со сложными эфирами карбоновых кислот). Средние ациклические карбонаты — бесцветные жидкости с эфирным запахом; не растворимы или труднорастворимы в воде, этаноле, диэтиламине, аммиаке, растворяются в эфире, ацетоне, бутиламине, бензиламине; образуют азеотропные смеси с водой, спиртами, тетрахлорметаном, этиленхлоргидрином, гексаном, циклогексаном. Циклические — жидкие или легкоплавкие твёрдые вещества; растворяются в воде, смешиваются с ароматическими углеводородами, спиртами, карбоновыми кислотами, ацетоном, хлороформом; не растворимы в алифатических углеводородах, сероводороде; образуют азеотропные смеси с гликолями. Наиболее употребителен диметилкарбонат (см. Карбонилирование)[6].
Карбонат и карбонад
Встречается ошибочное употребление слова «карбонат» в значении «карбонад» (например, лирическим героем песни В. С. Высоцкого: «Любим мы кабанье мясо в карбонате»[7]). На самом деле карбонад — это мясное блюдо, представляющее собой запечённый или зажаренный кусок свинины.
Литература
Примечания
- ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 Карбонаты неорганические // Химическая энциклопедия / Редкол.: Кнунянц И.Л. и др.. — М.: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2 (Даф-Мед). — 671 с. — ISBN 5-82270-035-5.
- ↑ Некрасов Б.В. Основы общей химии. — М., 1973. — Т. 1. — С. 494.
- ↑ 3,0 3,1 Карбонаты // Краткая химическая энциклопедия / Отв. ред. И. Л. Кнунянц. — М.: Советская Энциклопедия, 1963. — Т. 2. Ж—Малоновый эфир.
- ↑ Ходаков Ю. В., Эпштейн Д. А., Глориозов П. А. § 8. Реакции ионного обмена // Неорганическая химия. Учебник для 9 класса. — 7-е изд. — М.: Просвещение, 1976. — С. 15—18. — 2 350 000 экз.
- ↑ Карбонаты // Казахстан. Национальная энциклопедия . — Алматы: Казахская энциклопедия, 2005. — Т. III. — ISBN 9965-9746-4-0. (CC BY-SA 3.0)
- ↑ Химия 9. — М.: Вентана-Граф, 2010. — С. 287.
- ↑ Текст песни Высоцкого «Охота на кабанов» в ряде печатных изданий — Google Books