Соли угольной кислоты. Применение солей угольной кислоты

Неорганические кислоты имеют очень важное значение в химической промышленности. Ведь они являются сырьем для многих синтезов, катализируют процессы, действуют как водоотнимающие средства при дегидратации и прочее.

Однако еще более ценны их соли - продукты замещения водорода на металл в составе их молекул. Угольная кислота в этом отношении является особенной. Ведь сама по себе она практически не существует, на воздухе сразу распадаясь на углекислый газ и воду. Зато угольная кислота образует соли, которые известны человеку с древних времен. Они пользуются большой популярностью во многих областях производства и деятельности. Их и рассмотрим.

Соли угольной кислоты: классификация

Во-первых, сразу следует указать, что называться рассматриваемые вещества могут по-разному. Так уж повелось, что все названия прижились и используются по сей день, как исторически сложившиеся или тривиальные, так и данные по рациональной номенклатуре. Итак, соли угольной кислоты, называются они так:

• карбонаты;
• бикарбонаты;
• углекислые;
• двууглекислые;
• гидрокарбонаты.

Ну и конечно, у каждой есть еще свое простонародное название, которое является индивидуальным.

В приведенных названиях сразу отражена и классификация рассматриваемых соединений. Так как кислота двухосновная, то и соли она формирует двух видов:

• средние;
• кислые.

К названию последних добавляются приставки гидро- или би-. Практически каждая соль щелочного или щелочноземельного металла - это практически важное соединение, которое нужно людям в хозяйственной деятельности.

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.

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.

Способы получения и применение

Соли угольной кислоты называются карбонаты (если речь идет о средних вариациях). Это значит, что в их состав обязательно входит карбонат-ион, формула которого CO₃^2-. Для завершения полного вида именно соли не хватает лишь катиона металла и индексов, отражающих количественный состав соединения. Это используется в лабораторных способах получения этих веществ.

Ведь помимо добычи из природных источников, углекислые соли можно синтезировать и по реакциям обмена, соединения и замещения. Однако практической значимости такие способы не имеют, так как выход продукта слишком мал и энергозатратен.

Где же осуществляется применение солей угольной кислоты, в каких областях? Для каждой из них это индивидуально, но в общем можно обозначить несколько основных отраслей.

1. Строительное дело.
2. Химическая промышленность.
3. Производство стекла.
4. Мыловарение.
5. Синтез бумаги.
6. Пищевая промышленность.
7. Изготовление моющих и чистящих средств.
8. Карбонаты кальция - источник ионов металла в организме живых существ.

Рассмотрим конкретно несколько примеров карбонатов, их состав и значение.

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.

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.

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.

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.

Гидрокарбонат кальция

Эта кислая соль угольной кислоты - важная часть в циркуляции подземных вод. Данное соединение обеспечивает формирование временной жесткости воды, устраняемой кипячением. При этом именно бикарбонат кальция способствует массовым перемещениям карбонатов в природе, то есть осуществляет их круговорот. Формула этого соединения - Ca(HCO₃)₂.