40. Карбонаты и нитраты. Химическая и структурная характеристика, диагностические свойства, генезис, практическое использование. Морфотропия в карбонатах.

Карбонаты — минералы, соли угольной кислоты H₂CO₃.

Состав. Выделяются бикарбонаты — кислые соли, безводные и водные нормальные карбонаты, а также карбонаты содержащие дополнительные анионы [OH]⁻, F⁻ или Сl⁻, а также сложные карбонаты, содержащие анионы [SO₄]²⁻ или [РО₄]³⁻. Наиболее распространены карбонаты с двухвалентными катионами: Ca, Mg, Fe, Mn, Ba, Sr, Pb, Zn, Cu и др. Na⁺ и K⁺, а также катион (NH₄)⁺ могут образовывать лишь бикарбонаты или входить в состав двойных солей. Для карбонатов характерны многочисленные изоморфные ряды с полной или ограниченной смесимостью. Широко распространены двойные соли.

Строение. Основной структурной единицей карбонатов является радикал [CO₃]²⁻. В нём атом углерода находится в центре равностороннего треугольника с атомами кислорода в вершинах. Связи между C и O в основном ковалентные, а между радикалами и катионами — ионные.

Свойства. Большая часть карбонатов кристаллизуется в тригональной и ромбической, реже — в гексагональной, моноклинной и др. сингониях. Широко распространено явление полиморфизма. Большая часть карбонатов бесцветна; содержат также сильные хромофорные ионы Fe, Mn, Cu, окрашены в бурые, розовые, жёлтые, зелёные и др. цвета. Твёрдость 3—5. Удельный вес от 1,5 до 8,1 (карбонаты с Bi). Для них очень характерно высокое двупреломление, обусловленное плоской формой треугольных радикалов [CO₃]²⁻ и параллельным расположением последних.

Генезис. Многие карбонаты образуются при экзогенных процессах. Кальцит, доломит и др. Они слагают толщи осадочных и метаморфических горных пород. Ряд карбонатов образуется биохимическим путём. Широко распространены в гидротермальных месторождениях, формируясь в них при средних и низких температурах. В зонах окисления рудных месторождений накапливаются карбонаты Pb, Zn, Cu и др. тяжёлых металлов.

Использование. Они используются во многих отраслях промышленности: в строительной при производстве цемента и других стройматериалов, металлургической — при изготовлении огнеупоров, оптической, химической, бумажной, стекольной и др. Многие карбонаты являются рудами металлов: Pb, Zn, Cu, Fe, Mn и др.

МОРФОТРОПИЯ - изменение структуры и св-в кристаллов при изменении их хим. состава. М. обычно связывают с закономерным изменением атомных или ионных радиусов в рядах однотипных хим. соединении. Классический пример морфотропии — изменение типа структуры, сопровождающееся понижением симметрии, в ряду карбонатов щелочноземельных металлов при замене более мелкого катиона Mg²⁺ на все более крупные; в ряду магнезит MgCO₃ — арагонит и кальцит СаСO₃ — стронцианит SrCO₃ — витерит ВаСO₃, магнезит имеет структуру типа арагонита, а карбонат кальция триморфен.

Нитраты - соли и эфиры азотной кислоты HNO₃. Соли — кристаллы; удобрения, протравы при крашении, компоненты взрывчатых веществ. Нитраты аммония, щелочных и щёлочноземельных металлов часто называют селитрами. При неправильном использовании нитратов в качестве удобрений они накапливаются в сельскохозяйственных продуктах в чрезмерных количествах, что может привести к отравлению людей и животных.

Нахождение в природе и получение. Нитрат натрия NаNO₃ (чилийская селитра) и нитрат калия КNO₃ (индийская селитра) встречаются в природе в Индии и в Чили. В России натриевую селитру в виде белого налета получали при гниении различных органических остатков растительного и животного происхождения.

Химические свойства. Нитраты характеризуются сильным окислительным действием, они входят в состав горючих смесей, прежде всего черного пороха: 2КNO₃ + S = SO₂ + KNO₂. Нитрат аммония используют как компонент твердого ракетного топлива. При сильном (выше 500—600°C) нагревании нитраты щелочных металлов разлагаются с выделением кислорода: 2NаNO₃ = 2NаNO₂ + O₂ или с выделением кислорода и диоксида азота: 6КNO₃ = 2К₃NO₄ + 4NO₂ + О₂ . Разложение нитратов переходных металлов происходит с образованием соответствующего оксида металла, например: 2Pb(NO₃)₂ = 2PbO + 4 NO₂ + O_2. Если при этом металл имеет низкую химическую активность и его оксид нестабилен при нагревании, то при разложении образуется сам металл, например: 2AgNO₃ = 2Ag + 2NO₂ + O_2.

Физиологическое действие. Нитраты токсичны. Неорганические нитраты вызывают отек легких, тошноту, рвоту, острую сердечно-сосудистую недостаточность. Смертельная доза для человека 8—15 мг/л, допустимое суточное потребление 5мг/л.

Применение. Нитраты аммония, натрия и калия широко применяют как минеральные азотные удобрения. Так как нитраты хорошо растворимы в воде, то после внесения этих удобрений в почву они быстро оказываются в растениях. Поэтому существует опасность избыточного содержания нитрат-ионов в плодах.