Химические свойства

СО₂ – кислотный оксид, ангидрид угольной кислоты.

Химически диоксид углерода – довольно инертное вещество. Основной тип взаимодействия СО₂ связан с проявлением свойств кислотного оксида.

1. Взаимодействие с водой

В воде углекислый газ растворим довольно хорошо (1:1). При растворении происходит его частичное взаимодействие с водой, ведущее к образованию угольной кислоты по обратимой реакции:

H₂O + CO₂ ↔ H₂CO₃

2. Взаимодействие со щелочами и основными оксидами

CO₂ + 2NaOH = Na₂CO₃

CO₂ + NaOH = NaHCO₃

CO₂ + Ca(OH)₂ = CaCO₃↓ + H₂O

3. Взаимодействие с водными растворами солей, образованных очень слабыми кислотами (слабее угольной):

Na₂SiO₃ + CO₂ + H₂O = H₂SiO₃↓ + Na₂CO₃

C₆H₅OK + CO₂ + H₂O = C₆H₅OH + KHCO₃

4)Фотосинтез. CO₂ – биохимически активное вещество. В листьях растений на свету из углекислого газа и воды образуются углеводы и кислород:

nCO₂ + mH₂O = C_n(H₂O)_m + nO₂

5)CO₂ – окислитель в реакциях с сильными восстановителями.

При высокой температуре диоксид углерода реагирует с очень активными металлами, а также с другими сильными восстановителями (С, H₂, NH₃):

CO₂ + 2Mg 2MgO + C

CO₂ + C 2CO

CO₂ + 3H₂ CH₃OH + H₂O

Угольная кислота и карбонаты

Будучи 2-х основной кислотой, Н₂СО₃ диссоциирует ступенчато с образование гидрокарбонат- и карбонат-анионов:

H₂CO₃ ↔ H⁺ + HCO₃^- К_д = 4,5∙10-7 (25°С)

HCO₃^- ↔ H⁺ + CO₃^2- К_д = 5,6∙10-11 (25°С)

Угольная кислота существует только в водных растворах, где количество ее молекул и анионов в сотни раз меньше, чем количество растворенных молекул СО₂.

Н₂СО₃ как индивидуальное вещество не имеет никакого значения, но ее соли очень устойчивы и весьма распространены.

Соли угольной кислоты могут быть получены или действием диоксида углерода на щелочи, или путем обменных реак­ций между растворимыми солями угольной кислоты и солями дру­гих кислот. Например:

NаОН + СО₂ = NаНСО₃

NаНСО₃ + NаОН = Nа₂СО₃ + Н₂О

ВаС1₂ + Nа₂СО₃ = ВаСО₃ ↓+ 2 NаС1

Со слабыми основаниями угольная кислота в большинстве случаев дает только основные соли, примером которых может слу­жить карбонат гидроксомеди (СuОН)₂СО_з. Встречающийся в при­роде минерал такого состава называется малахитом.

Химические свойства

1. При действии кислот, даже таких слабых, как уксусная, все карбонаты разлагаются с выделением диоксида углерода.

Na₂CO₃ + 2HCl = 2NaCl + H₂O + CO₂↑

(NH₄)₂CO₃ + 2CH₃COOH = 2CH₃COONH₄ + CO₂↑ + H₂O

2. При нагревании все карбонаты, кроме солей щелочных метал­лов, разлагаются с выделением СО₂. Продуктами разложения в большинстве случаев являются оксиды соответствующих метал­лов. Термическое разложение CaCO₃ широко используется для получения негашеной извести и СО₂:

СаСО₃ СаО + СО₂ ↑

Особенно легко разлагается карбонат аммония:

(NH₄)₂CO₃ = 3NH₃↑ + CO₂↑ + H₂O

3. При пропускании СО₂ в растворы карбонатов или при постепенном добавлении к ним кислот происходит образование кислых солей – гидрокарбонатов:

Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O = 2NaHCO₃

Na₂CO₃ + HCl = NaHCO₃ + NaCl

В природе происходит медленное растворение известняков под действием атмосферных осадков и СО₂:

CaCO₃ + H₂O + CO₂ = Ca(HCO₃)₂

4. Растворы карбонатов щелочных металлов вследствие гидролиза имеют сильнощелочную реакцию:

Na₂CO₃ + H₂O ═ NaHCO₃ + NaOH

или

CO₃^2ˉ + H₂O ═ HCO₃^ˉ + OH ˉ

5. Все гидрокарбонаты легко растворяются в воде. Гидрокарбонаты металлов при нагревании переходят в карбонаты и гидроксиды металлов:

2 NаНСО₃ Nа₂СO₃ + СO₂ ↑ + Н₂О

Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃↓ + CO₂↑ + H₂O

Mg(HCO₃)₂ → Mg(OH)₂↓ + 2CO₂↑ + H₂O

Исторические и технические названия некоторых карбонатов

Формула соли	Названия
Na2CO3∙10H2O	Кристаллическая сода
Na2CO3	Кальцинированная сода
NaHCO3	Питьевая сода
K2CO3	Поташ
CaCO3	Кальцит, известняк, мел, мрамор
MgCO3	Магнезит
CaCO3∙MgCO3	Доломит
(CuOH)2CO3	Малахит, основной карбонат меди
FeCO3	Шпатовый железняк