О стали

Угольная кислота — свойства, получение и применение. Угольная кислота и её соли

Физические и химические свойства

Угольная кислота способна существовать в равновесии с диоксидом углерода в водных растворах. Однако при изменении условий, в частности, температуры, этот карбонатный класс склонен распадаться, одновременно происходит окисление гидроксида. Также встречается безводная форма, которая представляет собой небольшие бесцветные кристаллы, образующиеся при температурах ниже минус 30 градусов. При ее нагревании происходит диссоциация угольной кислоты, при которой твёрдая форма полностью разлагается.

Соляный ангидрид свое название получил из-за формулы угольной кислоты, в которой содержится СО2. Газ может подвергаться обратному гидролизу, создавая устойчивую кислую среду. В растворах, содержащих эти элементы, возникает равновесная сложная система, которая сохраняет свою химическую формулу и физические свойства. При повышении температуры стабильность и равновесие такого раствора нарушается, а кислота начинает разлагаться. Полностью этот процесс завершается при кипячении водного раствора.

Угольная кислота, графическая формула которой выглядит как H2CO3, имеет нейтральную реакцию, образуя кислые и средние соли, в том числе гидрокарбонаты и карбонаты. На сегодняшний день это вещество отлично изучено, химикам известна степень, молярное уравнение, масса, константа и степень валентности. Такие соединения получили широкое распространение в пищевой промышленности, их используют в качестве консервантов и раскислителей, а также в бытовой химии для изготовления различных чистящих и моющих средств.

Поташ

Формула соли угольной кислоты, имеющей такое название, — K2CO3. Это белый мелкокристаллический гигроскопичный порошок. Средняя безводная соль, которая имеет очень хорошую растворимость. Данное соединение также известно людям уже давно, и находит оно широкое применение сегодня. Синонимы названия:

• карбонат калия;
• поташ;
• углекислый калий.

Основные области использования следующие.

1. В качестве реагента при процессах производства жидкого мыла.
2. Для синтеза хрусталя и оптического стекла, тугоплавкого стекла.
3. Для крашения тканей.
4. Как удобрение для сельскохозяйственных культур.
5. В строительном деле — для снижения температуры замерзания строительных смесей.
6. В фотоделе.

Основной промышленный способ получения данной соли — электролиз хлорида кальция. При этом формируется гидроксид, который взаимодействует с диоксидом углерода и образует поташ. Природное сырье — это зола злаков и водорослей, в которых его содержится много.

История открытия и использования

С самых древних времен людям известны соли угольной кислоты. Ведь еще в Древнем Египте осуществляли строительство при помощи гипса, алебастра, использовали известняк и мрамор.

В трудах Плиния Старшего упоминается технологический процесс получения извести обжигом известняка. Знаменитое чудо света — пирамиды — воздвигались с использованием гипса и материалов, из него полученных. Из золы растений получали поташ и использовали его для стирки белья, а затем и в мыловарении.

То есть использовать продукты, которые дает природа, люди умели практически всегда. Однако то, что это соли угольной кислоты, какое они имеют строение, как можно синтезировать их искусственно, и каковы прочие их характеристики, стало известно много позже, уже в XVII-XVIII веках.

Сегодня также широкое применение находят многие карбонаты щелочных и щелочноземельных металлов, некоторые из них принимают важное участие в процессах циркуляции подземных вод.

Карбонат кальция

Как уже было указано выше, данное вещество — источник ионов кальция Са2+ в организме человека. А это очень важно. Ведь они принимают участие в поддержании постоянства буферной системы крови, входят в состав костей, ногтей, волос, укрепляют зубную эмаль.

При недостатке кальция развиваются различные заболевания, в том числе и такие опасные, как сердечная недостаточность, остеопороз, патологические изменения в хрусталике глазного яблока и прочие.

Помимо этого, карбонат кальция также применяется в строительном деле. Ведь его разновидности — это:

• мел;
• мрамор;
• известняк.

Месторождения данной соли достаточно богаты, чтобы человек не испытывал дефицита в ней. Часто она продается в очищенном виде в форме таблеток, как на фото ниже. Правда, чтобы кальций усваивался достаточно хорошо, требуется присутствие витамина Д.

Способы получения

Наибольшее распространение на сегодняшний день получила технология изготовления кислоты угольной путем растворения в воде структурной газовой формы диоксида углерода. Для производства этих соединений используют соответствующие установки, позволяющие увеличивать давление углекислоты, одновременно понижая температуру раствора. В подобных условиях концентрация угольной кислоты увеличивается и в последующем имеется возможность получения твердой формы за счёт понижения температуры до отметки -35 градусов и ниже.

Также в последние годы популярностью стала пользоваться технология производства солей путем взаимодействия гидрокарбонатов и карбонатов с еще более сильными кислотами. При этом лучшая часть полученных соединений разлагается на диоксид углерода и воду. Преимуществом такой технологии является простота используемого оборудования, не требуется одновременно охлаждать растворы и повышать давление CO2, но при этом отмечается большое количество отходов. Недостатком этой технологии является то, что требуется утилизировать углеродный диоксид, который превращается в пар.

Используемые сегодня высокотехнологичные установки позволяют получать чистую кислоту угольную, в особенности при применении технологии с экстремально низкими температурами. В последующем необходимо лишь обеспечить правильное хранение кристаллов, которые при температурах выше минус 30 градусов начинают растворяться, быстро теряя все свои свойства. Также возможно производство и последующее хранение различных солей на основе этого соединения, которые сохраняют свою форму и параметры даже при положительных температурах и доступе воздуха.

Питьевая сода

Кислые соли угольной кислоты имеют не менее важное значение, чем средние. Так, например, бикарбонат натрия, формула которого NaHCO3. Другое его название, более известное для всех — питьевая сода. Внешне это белый мелкодисперсный порошок, который очень хорошо растворим в воде. Соединение при нагревании неустойчивое, сразу разлагается на углекислый газ, воду и среднюю соль. Это позволяет использовать питьевую соду в качестве буфера во внутренней среде живых организмов.

Также существует еще несколько областей применения данного соединения:

• пищевая (особенно кондитерская) промышленность;
• медицина (для обработки ожогов кислотами);
• в химических синтезах при получении пластмасс, красителей, пенопластов, товаров бытовой химии;
• в легкой и текстильной промышленности (дубление кожи, отделка шелковых тканей и прочее);
• используется при изготовлении газированных напитков и разных кулинарных блюд;
• бикарбонатом натрия заправляют огнетушители.

Углекислый натрий

Соли угольной кислоты — карбонаты — имеют важное значение и в бытовом хозяйстве человека. Так, карбонат натрия, или углекислый натрий, в простонародье имеет название сода. Однако это не то вещество, которое является важной частью при приготовлении разных блюд. Нет, данная соль используется в хозяйственных целях для чистки бытовых поверхностей изделий: ванн, раковин, посуды и прочих. Она более известна как кальцинированная или бельевая сода, ее же используют в стекольном производстве, мыловарении.

Формула данного соединения Na2CO3*10H2O. Это средняя водная соль, относящаяся к кристаллогидратам. В природе встречается в виде минералов и в составе горных пород. Примеры:

• трона;
• накхолит;
• термонатрит.

Часто выделяется из морских водорослей, их золы. Именно этот способ использовали в древности, чтобы получить сырье для производства мыла или просто постирать белье. Самым же богатым растением, содержащим данную соль, является солянка содоносная. Ее зола максимально приемлема для получения карбоната натрия.

Структурная формула

Но стоит отметить тот факт, что во время разложения гидрокарбоната аммония, формируются устойчивые соединения угольной кислоты. Такие крепкие химические связи образуются только в период, когда гидрокарбонат аммония вступает в газовую фазу реакции.

Вещество является интересным объектом для изучения. Его изучают австралийские ученые уже более 6 лет. В безводном состоянии эта кислота напоминает прозрачные кристаллы, которые имеют высокую стойкость к низким температурам, но при нагревании кристаллы угольной кислоты начинают разлагаться.

Данное вещество считается слабым по своей структуре, но в тоже время, угольная кислота является сильнее борной. Весь секрет заключается в количестве атомов водорода. В составе угольной кислоты имеется два атома водорода, поэтому она считается двухосновной, а борная кислота — одноосновная.

Особенности применения

Угольная кислота и её соли сегодня активно используются в различных сферах жизнедеятельности человека. Они применяются в медицине, строительстве и кулинарии. Без этих микроэлементов невозможно было бы получение и возникновение следующих составов и материалов:

• мраморный камень;
• известняковые породы;
• кристаллическая и пищевая сода;
• мел;
• поташ.

Также из кислоты угольной получают углекислый газ, который требуется для изготовления газированной воды. Свойства этих соединений изменять показатели давления в зависимости от содержания ионов и кислотности позволяют на их основе выпускать хладагенты для морозильников и солнечных генераторов.

Такие кислоты и соли широко используются в пищевой промышленности, они полностью безопасны для организма человека. Из нее делаются разнообразные консерванты, которые не ухудшают свойства продуктов питания, существенно продлевая их срок хранения. Это соединение используется в качестве антиокислителя, его добавляют в кофе, чай и сыры. С открытием этой кислоты появилась возможность изготавливать разнообразные шипучие напитки, в том числе минералку, Coca- Cola и даже шампанское.

В последние годы широкое распространение получила литиевая соль, которую изготавливают из этой кислоты. Она применяется для производства керамических изделий, также ее добавляют в топливо для реактивных двигателей. Сегодня это химическое соединение активно применяется в стекловарении. На его основе выполняют специальные добавки, которые повышают прочность и эксплуатационные характеристики конечного материала. Силикатное стекло, в которое была добавлена литиевая соль, отличается не только прочностью, но и великолепными показателями проницаемости светового потока.

Кислоту угольную активно используют пожарные бригады, что позволяет им эффективно бороться с огнём. В жидком виде такие соединения содержат в специальных емкостях, после чего под высоким давлением направляют в распылители, смешивая со специальными химикатами, образующими густую пену. Это позволяет не только бороться с открытым пламенем, но и быстро тушить горящую нефть и различные нефтепродукты.

Использование в сельском хозяйстве

Кислота угольная сегодня широко используется в сельском хозяйстве для производства различных качественных минеральных удобрений. Это экологически чистые компоненты, которые применяются для подкормки различных овощных, фруктовых и плодовых культур, позволяя существенно повысить показатели урожайности.

На основе кислоты угольной выполняются следующие минеральные удобрения:

• кальцинированная сода;
• литиевая соль;
• карбамид или мочевина.

Наибольшее распространение сегодня получила мочевина или как она стала сегодня называться карбамид. Это простое в использовании эффективное удобрение, которое отличается универсальностью. С одинаковым успехом его можно вносить под плодовые деревья, фрукты и овощи, различные декоративные растения.

Несомненным преимуществом таких удобрений на основе угольной кислоты является доступная стоимость минеральных составов, их простота использования, эффективность и полная экологичность.

Особенности солей угольной кислоты

Эта кислота считается двухосновной, поэтому может создавать соли двух видов:

• •    карбонаты угольной кислоты – средние соли,
• •    гидрокарбонаты – кислые соли.

Карбонатами угольной кислоты могут выступать в соединения: Na2СO3,(NH4)2CO3. Они не способны растворятся в водной среде. Кислые соли этого вещества включают в себя: бикарбонаты NaHCO3 , Ca(HCO3)2. Для получения гидрокарбонатов производят реакцию, в которой основными веществами являются: угольная кислота и натрий.

Соли угольной кислоты помогли человечеству в строительстве, медицине и даже кулинарии. Потому что они встречаются в составе:

• •    мела,
• •    пищевой, кальцинированной и кристаллической соды,
• •    известняковой породы,
• •    мраморного камня,
• •    поташа.

Гидрокарбонаты и карбонаты кислоты могут вступать в реакции с кислотами, во время этих реакции возможно выделение углекислого газа. Также эти вещества могут быть взаимозаменяемыми, они способны разлагаться под воздействием температуры.

Реакции угольной кислоты:

2NaHCO3 → Na2CO3 +H2O +CO2
Na2CO3 + H2O + CO2 →2NaHCO3

Средняя стоимость

На сегодняшний день в России имеется несколько крупных производителей кислоты угольной, которые изготавливают как соли, так и чистые вещества. В среднем стоимость одного килограмма такого соединения составляет 3−4 тысячи рублей.

Также востребован мел, который изготавливают с использованием этой кислоты, он применяется в кормовых и технических целях. За одну тонну мела обычно просят 1200 рублей.

В редких случаях используется так называемый угольный снег, то есть кристаллы твердой формы этой кислоты. Они имеют крайне высокую стоимость, доходящую до 10000 рублей за килограмм и более. При этом необходимо обеспечить соответствующие условия хранения, в том числе поддержание температуры на уровне минус 30−35 градусов, что предупреждает его разложение. Это соединение применяется в химической промышленности, а также при производстве разнообразных продуктов питания.

Понравилась статья? Поделитесь ей

А какая Ваша оценка этой статьи?

12345

Доска почета

Чтобы сюда попасть — пройдите тест

Месторождения в природе

По процентному соотношению рассматриваемые минералы занимают примерно 5% от всей массы земной коры. Они образуются в основном снаружи, формируя горные породы. Также много солей формируется гидротермальным путем.

Микроорганизмы, моллюски и прочие животные и растения способствуют образованию карбонатов биохимическим путем. Часто соли угольной кислоты встречаются в составе руд, сопровождая их путем формирования ассоциатов.

Самые известные минералы и горные породы этих соединений:

• кальцит;
• доломит;
• мел;
• мрамор;
• известняк;
• гипс;
• магнезит;
• сидерит;
• малахит.