Вугільна кислота та її солі - студопедія
Оксид вуглецю (IV), вугільна кислота і її солі
Діоксид вуглецю СО2 (вуглекислий газ) - при звичайних умовах це газ без кольору і запаху, злегка кислуватого смаку, важчий за повітря приблизно в 1,5 рази, розчинний у воді, досить легко зріджується (при кімнатній температурі під тиском близько 60 # 8729; 10 5 Па його можна перетворити в рідину). При охолодженні до -56,2ºС рідкий діоксид вуглецю твердне і перетворюється в снегообразную масу.
У всіх агрегатних станах складається з неполярних лінійних молекул. Хімічна будова молекули СО2 визначається sp-гібридизацією центрального атома вуглецю і утворенням додаткових πр-р -зв'язків: О = С = О.
Деяка частина розчиненого в волі СО2 взаємодіє з нею сообразованіем вугільної кислоти:
Вуглекислий газ дуже легко поглинається розчинами лугів з утворенням карбонатів і гідрокарбонатів:
Вугільна кислота H2 CO3 - з'єднання нестійке, існує тільки у водних розчинах. Велика частина розчиненого у воді вуглекислого газу знаходиться у вигляді гідратованих молекул CO2. менша - утворює вугільну кислоту.
Водні розчини, що знаходяться в рівновазі з CO2 атмосфери, є кислими: [CO2] = 0,04 М і рН ≈ 4.
Вугільна кислота - двухосновная, відноситься до слабких електролітів, дисоціює ступінчасто (К1 = 4, 4 # 8729; 10 -7; К2 = 4, 8 # 8729; 10 -11). При розчиненні CO2 в воді встановлюється наступне динамічна рівновага:
При нагріванні водного розчину вуглекислого газу розчинність газу знижується, CO2 виділяється з розчину, і рівновагу зміщується вліво.
Будучи двухосновной, вугільна кислота утворює два ряди солей: середні солі (карбонати) і кислі (гідрокарбонати). Більшість солей вугільної кислоти безбарвні. З карбонатів розчинні у воді лише солі лужних металів і амонію.
У воді карбонати піддаються гідролізу, і тому їх розчини мають лужну реакцію:
Подальший гідроліз з утворенням вугільної кислоти в звичайних умовах практично не йде.
Розчинення у воді гідрокарбонатів також супроводжується гідролізом, але в значно меншому ступені, і середовище створюється слабощелочная (рН ≈ 8).
Карбонат амонію (NH4) 2 CO3 відрізняється великою летючість при підвищеній і навіть при звичайній температурі, особливо в присутності парів води, які викликають сильний гідроліз.
Сильні кислоти і навіть слабка оцтова кислота витісняють з карбонатів вугільну кислоту:
На відміну від більшості карбонатів, все гідрокарбонати у воді розчиняються. Вони менш стійкі, ніж карбонати тих же металів і при нагріванні легко розкладаються, перетворюючись у відповідні карбонати:
Сильними кислотами гідрокарбонати розкладаються, як і карбонати:
З солей вугільної кислоти найбільше значення мають карбонат натрію (сода), карбонат калію (поташ), карбонат кальцію (крейда, мармур, вапняк), гідрокарбонат натрію (питна сода) і основний карбонат міді (CuOH) 2 CO3 (малахіт).
Основні солі вугільної кислоти у воді практично нерозчинні і при нагріванні легко розкладаються:
Термічна стійкість карбонатів залежить від поляризаційних властивостей іонів, що входять до складу карбонату. Чим більше поляризующее дію надає катіон на карбонат-іон, тим нижче температура розкладання солі. Якщо катіон здатний легко деформуватися, то карбонат-іон сам також буде надавати поляризующее дію на катіон, що призведе до різкого зниження температури розкладання солі.
Карбонати натрію і калію плавляться без розкладання, а більшість інших карбонатів при нагріванні розкладаються на оксид металу і вуглекислий газ:
Молекула СО має наступну структуру
Дві зв'язку утворені за рахунок спарювання 2р-електронів атомів вуглецю і кисню, третя зв'язок утворена по донорно-акцепторного механізму за рахунок вільної 2р-орбіталі вуглецю і 2р-електронної пари атома кисню. Дипольний момент молекули незначний, при цьому ефективний заряд на атомі вуглецю негативний, а на атомі кисню - позитивний.
Оскільки будова молекули СО схоже з будовою молекули азоту, схожі їх фізичні властивості. СО має дуже низькі температури плавлення (- 204ºС) і кипіння (- 191,5ºС), це безбарвний, дуже отруйний газ, без запаху, зовсім небагато легший за повітря. Погано розчинний у воді, і з нею не взаємодіє.
СО вважається несолеобразующіе оксидом, тому що при звичайних умовах не взаємодіє ні з кислотами, ні з лугами. Він утворюється при горінні вугілля і вуглецевих з'єднань при обмеженому доступі кисню, також при взаємодії вуглекислого газу з розпеченим вугіллям: СО2 + С = 2СО.
У лабораторії його отримують з мурвьіной кислоти дією на неї концентрованої сірчаної кислоти при нагріванні:
Можна використовувати також і щавлеву кислоту. Сірчана кислота в цих реакціях виступає як водоотнимающее засіб.
У звичайних умовах СО хімічно досить інертний, але при нагріванні проявляє відновні властивості, що широко використовується в пирометаллургии для отримання деяких металів: Fe2 O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2.
На повітрі СО горить блакитним полум'ям з виділенням великої кількості теплоти: 2СО + О2 = 2СО2 + 569 кДж.
Крім кисню на прямому сонячному світлі або в присутності каталізатора (активного вугілля) СО з'єднується з хлором, утворюючи фосген:
Фосген - безбарвний газ з характерним запахом. У воді він малорастворим, але як хлорангидрид вугільної кислоти поступово гідролізується за схемою: COCl2 + 2H2 O = 2HCl + H2 CO3. Внаслідок високої токсичності фосген застосовували як бойова отруйна засіб в першу світову війну. Знешкодити його можна за допомогою гашеного вапна.
При нагріванні СО окислюється і сіркою: СО + S = COS.
Молекула СО може виступати в якості ліганда в різних комплексних з'єднаннях. За рахунок несвязивающей електронної пари вуглецю вона проявляє # 963; -донорние властивості, а за рахунок вільних π-розпушуючих орбіталей проявляє π-акцепторні властивості. Особливий інтерес представляють карбонільні комплекси d-металів, тому що термічним розкладанням карбонилов отримують метали високої чистоти.