76. Угольная кислота и ее соли

Углекислому газу  соответствует угольная кислота . Это слабая двухосновная кислота, известная в водных растворах, образующихся при растворении углекислого газа в воде. Угольная кислота очень непрочная, она разлагается на углекислый газ и воду:

Углекислый газ в воде находится преимущественно в виде гидратированных молекул  и лишь в незначительной степени в форме угольной кислоты. При этом в растворе устанавливается равновесие:

В растворе, полученном при пропускании углекислого газа через воду, образуется кислая среда, вследствие чего лакмус краснеет.

Угольная кислота неустойчива, выделить её в свободном состоянии из водных растворов нельзя.

Соли угольной кислоты

Угольная кислота — двухосновная, поэтому способна к образованию средних и кислых солей — карбонатов и гидрокарбонатов соответственно. В воде растворимы гидрокарбонаты (исключение составляет гидрокарбонат натрия , который плохо растворяется в воде), а также средние карбонаты щелочных металлов и аммония. Карбонаты магния и щелочноземельных металлов, особенно кальция, широко распространены в природе, образуя карбонатные горные породы. Из карбоната кальция состоят кораллы, жемчуг и панцири некоторых простейших.

Соли угольной кислоты могут быть получены при пропускании углекислого газа через раствор щёлочи. Например, при пропускании углекислого газа через известковую воду (раствор гидроксида кальция  выпадает осадок карбоната кальция , вследствие чего происходит помутнение раствора:

При дальнейшем пропускании углекислого газа через полученную взвесь происходит превращение нерастворимого карбоната кальция СаСО в растворимый гидрокарбонат , и раствор вновь становится прозрачным:

При нагревании гидрокарбонаты переходят в карбонаты, выделяя углекислый газ и воду, например:

НСаСОСОНО

Переход гидрокарбоната в карбонат возможен также при добавлении к нему раствора щёлочи, например:

Таким образом, переход карбонатов в гидрокарбонаты и обратно можно изобразить в виде схемы:

На разложении растворимых гидрокарбонатов кальция и магния при температуре основан метод уменьшения временной жесткости воды посредством кипячения

Все карбонаты, кроме карбонатов щелочных металлов, при нагревании разлагаются на оксид металла и углекислый газ, например:

Качественная реакция на карбонат– и гидрокарбонат-ионы — «вскипание» под действием кислоты (в том числе слабой органической — уксусной или лимонной) на соль вследствие выделения углекислого газа:

 — «вскипание»

 — «вскипание»

Растворы карбонатов щелочных металлов имеют щелочную среду вследствие гидролиза, например:

Свойства карбонатов и гидрокарбонатов обобщены в таблице.

Соли угольной кислоты

Тип соли	Карбонаты	Гидрокарбонаты
Примеры
Растворимость в воде	Растворимы только карбонаты щелочных металлов и аммония	Как правило, растворимы
Отношение к нагреванию	При нагревании разлагаются, исключение — карбонаты щелочных металлов	При нагревании разлагаются
Качественная реакция	«Вскипание» при действии кислотой вследствие выделения углекислого газа:	«Вскипание» при действии кислотой вследствие выделения углекислого газа:

Тривиальные названия солей угольной кислоты

•  — кальцинированная (техническая, стиральная) сода

•  — кристаллическая сода

•  — питьевая сода

•  — поташ

•  — мел, мрамор, известняк

•  — доломит

Применение солей угольной кислоты

Сода  используется в производстве стекла, мыла, применяется в быту. Питьевую соду  используют в медицине, в пищевой промышленности, в частности при выпечке хлебобулочных изделий. Поташ  применяют для получения мыла, тугоплавкого стекла, в фотографии. Мрамор используется как строительный и отделочный материал, для создания произведений искусства. Известняк подвергают обжигу с целью получения негашеной извести — оксида кальция. Мел, мрамор, известняк используются в строительстве.

Получение питьевой соды  в промышленности

В промышленности питьевую соду получают по аммиачному способу, называемому методом Сольве. Этот метод был предложен бельгийским химиком Эрнестом Сольве в ещё  году. Метод основан на реакции взаимодействия гидрокарбоната аммония  с хлоридом натрия , в результате которой получается гидрокарбонат натрия и хлорид аммония. Через насыщенный раствор поваренной соли  пропускают сначала аммиак, а затем при охлаждении под давлением углекислый газ . При этом происходят следующие реакции:

Гидрокарбонат натрия  вследствие плохой растворимости в полученном холодном насыщенном растворе выпадает в осадок, его отделяют фильтрованием.

При прокаливании гидрокарбоната натрия  получают кальцинированную соду, а выделяющийся при этом углекислый газ  возвращают в производственный процесс:

Раствор, содержащий хлорид аммония , нагревают с известью , в результате чего выделяется аммиак, который, как и углекислый газ, вновь возвращают в технологический процесс:

Таким образом, процесс получения гидрокарбоната натрия по методу Сольве является практически безотходным: единственным «отходом» является хлорид кальция, остающийся в растворе и имеющий ограниченное применение.