§ 50. Угольная кислота и ее соли

Молекулярная формула угольной кислоты Н₂СО₃, а ее структурная формула

Растворяясь в воде, двуокись углерода частично соединяется с нею, образуя угольную кислоту:

СО₂ + Н₂ОН₂СO₃

Эта реакция обратима, так как угольная кислота - соединение крайне непрочное и легко разлагается на ангидрид и воду. Поэтому равновесие в растворе очень сильно смещено в сторону обратной реакции.

Водный раствор двуокиси углерода широко известен под названием газированной воды. Кислый вкус ее едва ощущается: угольная кислота относится к чрезвычайно слабым кислотам. В этом легко убедиться, погрузив в дистиллированную воду электроды от прибора для обнаружения электропроводности и пропустив через воду двуокись углерода. Лампочка не загорится - настолько мало диссоциирована угольная кислота на ионы, Лакмус она окрашивает не в красный, а лишь в розовый цвет и вступает в реакцию с окислами и гидроокисями только наиболее резко выраженных металлов.

Как двухосновная, угольная кислота образует два ряда солей: средние и кислые. Средние соли угольной кислоты называются карбонатами (например, СаСO₃ - карбонат кальция), а кислые - бикарбонатами (например, Са(НСO₃)₂ - бикарбонат кальция). Из средних солей ее растворимы лишь карбонаты щелочных металлов и аммония.

Карбонаты и бикарбонаты распознают действием сильных кислот: происходит характерное "вскипание" вследствие бурного выделения двуокиси углерода:

Это испытание удается и с твердыми карбонатами и с их растворами. В ионном виде реакция выражается уравнением:

Так как при взаимодействии карбонатов с кислотами происходит связывание ионов водорода, карбонатами, как и основаниями, можно пользоваться для нейтрализации кислот. Так, известняк СаСО₃ в размолотом виде применяется для известкования почв при излишней их кислотности.

Из-за слабости угольной кислоты карбонаты в водном растворе гидролизуются, и их растворы обладают сильной щелочной реакцией:

СО₃^2- + Н₂ОНСO₃^- + ОН^-

Наиболее распространен из природных карбонатов карбонат кальция. Залежи пород, его содержащих, встречаются часто. Поэтому одной из задач краеведческой работы в районах с кислыми почвами должны быть поиски таких пород.

Из искусственно получаемых карбонатов большое народнохозяйственное значение имеет карбонат натрия Nа₂СО₃, известный под названием соды. Сода применяется для производства мыла, стекла, а в быту - для стирки белья.

При насыщении раствора соды двуокисью углерода она переходит в бикарбонат натрия NaHCO₃.

Бикарбонат натрия продается в аптеках и продовольственных магазинах под названием питьевой воды. Он принимается внутрь при изжоге, вызванной избытком в желудочном соке соляной кислоты.

Питьевая сода применяется в кондитерском деле, хлебопечении и в огнетушителях как источник двуокиси углерода. Она входит в состав хлебопекарных порошков, добавляемых к тесту. Такое тесто всходит без применения дрожжей и заквасок, наполняясь пузырьками двуокиси углерода, и выпеченный из него продукт получается пористым, мягким, вкусным и легче переваривается. Двуокись углерода образуется за счет реакции:

Пенные огнетушители наполняют концентрированным раствором питьевой соды, к которому добавляют вещества, образующие пену, а в верхней части помещают заполненный сосудик с концентрированной серной кислотой. Для приведения в действие огнетушитель переворачивают и ударяют об пол металлическим штифом (рис. 35). Сосудик с кислотой разбивается, и она вступает в реакцию с бикарбонатом. Образующаяся двуокись углерода вспенивает жидкость и выбрасывает ее из огнетушителя сильной струей. Пенистая жидкость и двуокись углерода обволакивают горящий предмет, оттесняют воздух и гасят пламя.

Рис. 35. Огнетушитель. а - заряженный, б - в действии

1. Напишите: а) электронную и структурную формулу угольной кислоты, б) формулы карбонатов и бикарбонатов калия, магния. Назовите их.
2. Раствор соды добавили к растворам: а) едкого натра, б) гидроокиси кальция, в) серной кислоты, г) нитрата калия, д) хлорида магния. В каких случаях будет наблюдаться реакция? Напишите ионные уравнения этих реакций.
3. Улавливание двуокиси углерода на известковообжигательных заводах производится путем пропускания топочных газов через раствор карбоната калия. После насыщения двуокисью углерода раствор нагревается и отдает поглощенную им двуокись углерода. Напишите уравнения происходящих при этом реакций.
4. ^* Придумайте простейший способ определения процентного содержания карбоната кальция в высушенном образце почвы (не содержащей других карбонатов). Способ должен включать не более двух взвешиваний. Предполагается, что почва освобождена от растворимых в воде соединений и не содержит нерастворимых фосфатов.