Карбоновые кислоты. Карбонаты — ТехЛиб СПБ УВТ

Вы бродите по супермаркету, разыскивая стиральный порошок без фосфатов. Естественно, для того чтобы узнать, какое средство из целого арсенала бытовой химии вам подходит, берете в руки каждую упаковку с нужной классификацией и смотрите состав содержащегося в ней продукта. Наконец, выбрали подходящее средство, но в процессе изучения всех стиральных порошков магазина заметили странную закономерность: на каждой коробке или пачке было написано что-нибудь типа: "В состав продукта входит карбонат натрия". В каждом человеке присутствует малая толика любопытства, и вы не являетесь исключением. Захотелось узнать, что это за вещество, не так ли? Сегодняшняя статья пополнит объм ваших знаний некоторыми сведениями об этом соединении.

Определение

Карбонат натрия (формула Na 2 CO 3) является натриевой солью угольной кислоты. В разных источниках его могут называть по-разному: и углекислым натрием, и динатрия триоксокарбонатом, и кальцинированной содой. Кстати, о последнем названии. Обсуждаемое сейчас химическое соединение в чистом виде - это не та пищевая сода, которую добавляют в различные продукты. Ее название - гидрокарбонат натрия. Вещества с присутствием карбоната натрия (да и сам он тоже) зовутся содами. Исключение составляет каустическая сода, научное название которой - гидроксид одноименного металла. Однако гидрокарбонат натрия реагирует с этим веществом, образуя обсуждаемое сейчас соединение. Все остальные соды - сам карбонат с водой или водородом в одной формуле. Сегодня рассматриваются свойства, получение и применение только чистой натриевой соли угольной кислоты.

Карбонат натрия: физические свойства

Это вещество в безводном состоянии имеет вид бесцветного кристаллического порошка (фото выше). Строение его кристаллической рещетки зависит от температуры окружения: если последняя не меньше 350, но ниже 479 о С, то она является моноклинной, если температура выше - гексагональной.

Карбонат натрия: химические свойства

Если опустить его в сильную кислоту, то угольная, получившаяся в ходе реакции и являющаяся крайне нестойкой, распадется на газообразный оксид четырехвалентного углерода и воду. Второй продукт реакции - натриевая соль соответствующей кислоты (например, при бросании кристаллов обсуждаемого сейчас карбоната в серную кислоту, получатся углекислый газ, вода, и сульфат натрия). В воде данное соединение будет гидролизоваться, благодаря этому нейтральная среда становится щелочной

Получение

Его можно получить несколькими способами, все они разные, но в этой статье будет рассказано лишь об одном. Необходимо смешать мел и древесный уголь с сульфатом натрия, а потом запечь эту смесь при температуре около 1000 о С. Уголь будет восстанавливать последний до сульфида, который при реакции с карбонатом кальция образует расплав сернистого кальция и искомого вещества. Его необходимо обработать водой, затем отфильтровать ненужный сульфид и упарить получившийся раствор. Образовавшийся сырой карбонат натрия очищается посредством перекристаллизации, а затем обезвоживается с помощью кальцинирования. Данный метод называется способом Леблана.

Применение

Отрасли, производящие стекло, стиральные порошки, мыло и эмали не обходятся без карбоната натрия, где его используют, чтобы получить ультрамарин. Также с помощью него устраняют жесткость воды, обезжиривают металлы и проводят десульфатизацию, объектом которой является доменный чугун. Карбонат натрия является хорошим окислителем и регулятором кислотности, его содержат моющие посуду средства, сигареты и пестициды. Также он известен как пищевая добавка E500, не дающая ингредиентам комковаться и слёживаться. Обсуждаемое сейчас вещество необходимо и для того, чтобы приготовить проявитель фотографий.

Заключение

Вот для чего полезен карбонат натрия. В чистом виде он, может быть, многим никогда и не встречался, однако его кристаллогидраты (это все соды, кроме каустической) используются человеком почти везде. Это одно из веществ, соединения которых с водой применяются в промышленности гораздо чаще, чем они сами в чистом виде.

Карбонаты - многочисленная группа минералов, которые имеют широкое распространение. К минералам класса карбонатов относятся соли угольной кислоты, чаще всего это соли кальция, магния, натрия, меди. Всего в этом классе известно около 100 минералов. Некоторые из них очень широко распространены в природе, например кальцит и доломит.

В структурном отношении все карбонаты относятся к одному основному типу - анионы 2- представляют собой изолированные радикалы в форме плоских треугольников.

Большинство карбонатов безводные простые соединения, главным образом Ca, Mg и Fe с комплексным анионом 2- . Менее распространены сложные карбонаты, содержащие добавочные анионы (OH) - , F - и Cl - . Среди наиболее распространённых безводных карбонатов различают карбонаты тригональной и ромбической сингоний. Карбонаты обычно имеют светлую окраску: белую, розовую, серую и т.д., исключение представляют карбонаты меди, имеющие зелёную или синюю окраску. Твёрдость карбонатов около 3-4.5; плотность невелика, за исключением карбонатов Zn, Pb и Ba.

Важным диагностическим признаком является действие на карбонаты кислот (HCl и HNO 3), от которых они в той или иной степени вскипают с выделением углекислого газа. По происхождению карбонаты осадочные (биохимические или химические осадки) или осадочно-метаморфические минералы; выделяются также поверхностные, характерные для зоны окисления и иногда низкотемпературные гидротермальные карбонаты.

Главные минералы-карбонаты

Многие из широко распространенных карбонатов, в особенности же кальцит, магнезит, сидерит, доломит, имеют сходные черты морфологии кристаллов, близкие физические свойства, встречаются в одинаковых агрегатах и часто имеют переменный химический состав. Поэтому бывает трудно, а порой невозможно различить их по внешним признакам, твердости, спайности. Издавна используется про­стой прием диагностики карбонатов по характеру их реакции с соляной кислотой. Для этого наносят каплю разбавленной (1: 10) кислоты на зерно карбоната. Каль­цит реагирует активно, и капля раствора вскипает от выделяющихся пузырьков СО2, доломит реагирует слабо, только в порошке, а магнезит - при нагревании.

Более надежные результаты дают следующие лабораторные исследования: точное определение их показателей преломления; проведение микрохимических реакций на отполированных пластинках пород с реактивами, красящими разные минералы в различные цвета; термический анализ (определение температуры разложения минерала, у каждого карбоната она своя); рентгеновские исследования.

Карбонатовые отложения

Самым распространённым карбонатом является кальцит. Прозрачный кальцит называют исландским шпатом, непрозрачный известковым шпатом. Кальцит формирует такие породы, как известняк и мел. Подавляющее количество кальцита сформировалось за счёт биогенного его накопления. В то же время известен и кальцит гидротермального происхождения. В почвах кальцит накапливается в результате реакции кальция, высвободившегося при выветривании, с углекислым газом почвенного воздуха; особенно часто богаты кальцитом почвы засушливых областей. Кальцит и доломит формируют мрамор. Сидерит типичный минерал болотных руд; достаточно редко отмечается его эндогенное происхождение. Малахит красивый поделочный камень; как и близкий к нему по составу и свойствам минерал азурит Сu3(СО3)2(ОН)2, он образуется на поверхности Земли в результате окисления сульфидов меди.

Применение карбонатов

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 буферными веществами, регулирующими постоянство реакции крови.

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.  

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.  

Карбоновыми кислотами называют соединения, в которых содержится карбоксильная группа:

Карбоновые кислоты различают:

• одноосновные карбоновые кислоты;
• двухосновные (дикарбоновые) кислоты (2 группы СООН ).

В зависимости от строения карбоновые кислоты различают:

• алифатические;
• алициклические;
• ароматические.

Примеры карбоновых кислот.

Получение карбоновых кислот.

1. Окисление первичных спиртов перманганатом калия и дихроматом калия:

2. Гибролиз галогензамещенных углеводородов, содержащих 3 атома галогена у одного атома углерода:

3. Получение карбоновых кислот из цианидов:

При нагревании нитрил гидролизуется с образованием ацетата аммония:

При подкисления которого выпадает кислота:

4. Использование реактивов Гриньяра:

5. Гидролиз сложных эфиров:

6. Гидролиз ангидридов кислот:

7. Специфические способы получения карбоновых кислот:

Муравьиная кислота получается при нагревании оксида углерода (II) с порошкообразным гидроксидом натрия под давлением:

Уксусную кислоту получают каталитическим окислением бутана кислородом воздуха:

Бензойную кислоту получают окислением монозамещенных гомологов раствором перманганата калия:

Реакция Каннициаро . Бензальдегид обрабатывают 40-60% раствором гидроксида натрия при комнатной температуре.

Химические свойства карбоновых кислот.

В водном растворе карбоновые кислоты диссоциируют:

Равновесие сдвинуто сильно влево, т.к. карбоновые кислоты являются слабыми.

Заместители влияют на кислотность вследствие индуктивного эффекта. Такие заместители оттягивают электронную плотность на себя и на них возникает отрицательный индуктивный эффект (-I). Оттягивание электронной плотности приводит к повышению кислотности кислоты. Электронодонорные заместители создают положительный индуктивный заряд.

1. Образование солей. Реагирование с основными оксидами, солями слабых кислот и активными металлами:

Карбоновые кислоты - слабые, т.к. минеральные кислоты вытесняют их из соответствующих солей:

2. Образование функциональных производных карбоновых кислот:

3. Сложные эфиры при нагревании кислоты со спиртом в присутствие серной кислоты - реакция этерификации:

4. Образование амидов, нитрилов:

3. Свойства кислот обуславливаются наличием углеводородного радикала. Если протекает реакция в присутствие красного фосфора, то образует следующий продукт:

4. Реакция присоединения.

8. Декарбоксилирование. Реакцию проводят сплавлением щелочи с солью щелочного металла карбоновой кислоты:

9. Двухосновная кислота легко отщепляет СО 2 при нагревании:

Дополнительные материалы по теме: Карбоновые кислоты.