Карбонатная кислота: Угольная кислота и её соли — урок. Химия, 8–9 класс.

Содержание

Угольная кислота. Карбонаты. Жёсткость воды

Угольная кислота. Карбонаты. Жёсткость воды

Угольная кислота образуется при растворении оксида углерода (IV) в воде.  Эта кислота нестойкая и почти сразу распадается на исходные вещества – углекислый газ и воду.

 

Получим угольную кислоту и исследуем её свойства. Собрав прибор для получения газов и проверив его на герметичность, следует поместить в пробирку кусочки мрамора и прилить соляной кислоты. После чего мы можем наблюдать выделение газа, который следует пропустить через воду с лакмусом. При этом видно, что лакмус изменил окраску с фиолетовой на красную. Но через некоторое время лакмус опять меняет свою окраску с красной на фиолетовую, потому что образовавшаяся угольная кислота является нестойкой и через некоторое время распадается на исходные вещества – углекислый газ и воду.

  СО2 + Н2О ↔ Н2СО3

Как двухосновная кислота угольная кислота диссоциирует по двум ступеням: на первой ступени образуется ион водорода и

гидрокарбонат-ион, а на второй – ион водорода и карбонат-ион:

Н2CO3 ↔ H+ + HCO3-

HCO3- ↔ H+ + CO32-

Угольная кислота образует два типа солей: средние – карбоната и кислые – гидрокарбонаты.  Например, CaCO3 – карбонат кальция, Ca(HCO3)2 – гидрокарбонат кальция. Из карбонатов в воде растворимы только соли калия, натрия и аммония. Карбонаты других металлов нерастворимы в воде и при нагревании разлагаются на оксид металла и углекислый газ. При разложение карбоната магния  образуется оксид магния и углекислый газ, а  при разложении карбоната кальция  образуется оксид кальция и углекислый газ. При нагревании карбоната аммония образуется аммиак, вода и углекислый газ.

Кислые соли растворимы в воде.

Карбонаты могут превращаться в гидрокарбонаты: если через них пропустить углекислый газ в присутствии воды. Например, если через известковую воду пропускать углекислый газ, то сначала известковая вода мутнеет, вследствие образования карбоната кальция, но при дальнейшем пропускании углекислого газа помутнение исчезает, потому что карбонат переходит в гидрокарбонат.

 

Наличием гидрокарбонатов кальция и магния в природной воде объясняется её временная жёсткость. В жёсткой воде плохо мылится мыло, трудно стирать бельё, плохо развариваются овощи. Если нагреть растворимый гидрокарбонат кальция, то образуется снова карбонат кальция – нерастворимая в воде соль.

Эта реакция приводит к образованию накипи на стенках котлов, чайников, труб парового отопления. В природе в результате этой реакции в пещерах формируются свисающие вниз сталактиты, навстречу которым снизу вырастают сталагмиты.

   

Другие соли кальция и магния, такие как хлориды и сульфаты, придают воде постоянную жёсткость. Для её устранения нужно использовать карбонат натрия – Na2CO3 – соду, которая переводит ионы кальция в осадок. Например, в реакции хлорида кальция с карбонатом натрия образуется нерастворимая соль – карбонат кальция и хлорид натрия. Таким образом, карбонат натрия перевёл растворимую соль кальция – хлорид кальция, в нерастворимую – карбонат кальция.

Соду можно использовать и для устранения временной жёсткости.

Качественными реакциями на карбонаты и гидрокарбонаты являются реакции этих солей с кислотами. Например, если в расвтор карбоната натрия добавить соляной кислоты, то происходит «вскипание» раствора, из-за образовавшегося углекислого газа. То же самое можно наблюдать при добавлении соляной кислоты к гидрокарбонату натрия.

CO32- + 2H+ = H2O + CO2↑  HCO3- + H+ = H2O + CO2

Из солей угольной кислоты наиболее широко применяют кристаллическую соду – Na2CO3 ∙ 10H2O, кальцинированную соду – Na2CO3 – в стекольной, мыловаренной, целлюлозно-бумажной, текстильной, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности, а в быту её используют как моющее средство.

Сода была известна человеку примерно за полторы – две тысячи лет до нашей эры, а может быть и раньше. Её добывали из содовых озёр и извлекали из месторождений. Первые сведения о получении соды путём упаривания воды озёр относятся к шестьдесят четвертому г н. э. и приведены в сочинениях древнеримского врача и ботаника Диоскорида Педания о лекарственных веществах.

 

Питьевая сода – NaHCO3 – применяется в медицине, хлебопечении, пищевой промышленности, питьевая сода входит в состав наполнителя для огнетушителей.

Карбонат калия, или поташ – K2CO3 – используют для получения мыла, в фотографии, в качестве удобрения, при изготовлении тугоплавкого стекла.

Известняк, или мрамор – CaCO3 – используют в строительстве как облицовочный и строительный материал. Он необходим для получения извести, его вносят в почву для понижения кислотности, мел необходим для побелки, а также в стекольной, резиновой и других областях промышленности.

Таким образом, угольная кислота – это двухосновная слабая неустойчивая кислота, которая образуется при растворении в воде углекислого газа, она диссоциирует по двум ступеням, поэтому образует два типа солей – карбонаты и гидрокарбонаты, карбонаты многих металлов нерастворимы в воде и при нагревании разлагаются, а гидрокарбонаты – это растворимые соли. Карбонаты можно перевести в гидрокарбонаты и наоборот. Для перевода карбоната в гидрокарбонат через карбонат пропускают углекислый газ в воде, а при нагревании гидрокарбонатов образуются карбонаты. Различают временную и постоянную жёсткость. Временная жёсткость обусловлена наличием гидрокарбонатов кальция и магния и устраняется кипячением, постоянная жёсткость обусловленая наличием других солей кальция и магния, и устраняется добавлением соды. Качественными реакциями на карбонат и гидрокарбонат-ион является действие кислот на эти соли, при этом наблюдается бурное выделение углекислого газа. Карбонаты и гидрокарбонаты многих металлов находят широкое применение во многих отраслях народного хозяйства.

Карбонатная кислота и ее соли - ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ IVA ГРУППЫ - НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ИХ СОЕДИНЕНИЯ - Химия 10 класс - Н.М. Буринская

РАЗДЕЛ 2 НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ИХ СОЕДИНЕНИЯ

 

ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ IVA ГРУППЫ

 

§ 48. Карбонатная кислота и ее соли

 

Осознание содержания этого пункта позволяет:

называть соли карбонатной кислоты по химической и тривиальной номенклатурам;

характеризовать физические и химические свойства, способы добывания, применение карбонатной кислоты и ее солей;

составлять уравнения соответствующих химических реакций.

Карбонатная кислота Н2СО3 соответствует кислотному карбон(ИV) оксида СО2. Принадлежит к двохосновних оксигеносодержащих кислот. Модель молекулы изображена на рис. 80.

- Составьте графическую и электронную формулы карбонатной кислоты.

Чем обусловлена ее двухосновність?

Вследствие незначительной полярности связей О—Н карбонатная кислота является слабым электролитом. Диссоциирует ступенчато:

Карбонатная кислота неустойчива, существует только в водном растворе. В случае попытки выделить ее из раствора, а также при нагревании и длительном хранении разлагается на воду и карбон(ИV) оксид, поэтому есть леткою:

Как оксигеновмісну карбонатную кислоту получают растворением карбон(ИV) оксида в воде:

Такая же реакция происходит во время изготовления газированной воды и образование минеральной воды в природных условиях.

Соли карбонатной кислоты. Как двохосновна карбонатная кислота образует два ряда солей — средние (карбонаты) и кислые (гідрогенкарбонати). Для некоторых солей этой кислоты применяют тривиальные названия:

Ма2СО3 — натрий карбонат, сода, стиральная сода, кальцинированная сода;

К2СО3 — калий карбонат, поташ;

МаНСО3 — натрий гідрогенкарбонат, питьевая сода;

Na2COg • 10Н20 — кристаллогидрат натрий карбоната, кристаллическая сода;

СаСО3 — кальций карбонат, кальцит, известняк, мел, мрамор.

Физические свойства. Все карбонаты — твердые вещества с ионной кристаллической решеткой, большинство, за исключением карбонатов щелочных элементов и аммония, — нерастворимые в воде. Большинство гидрогенкарбонатов, наоборот, хорошо растворяются в воде, малорастворим только натрий гідрогенкарбонат.

Рис. 80. Модель молекулы карбонатной кислоты

 

Химические свойства солей карбонатной кислоты обусловлены, с одной стороны, принадлежностью их к классу солей, с другой — связанные с особенностями карбонатной кислоты, а именно ее слабостью, неустойчивостью, леткістю, двохосновністю. Рассмотрим важнейшие из них.

Взаимодействие с кислотами. Под действием более сильных, чем карбонатная, кислот на карбонаты выделяется углекислый газ:

Сокращены йонни уравнения этих реакций имеют вид:

Из них видно, что ионы Водорода н обязуются карбонат-ионами так же, как при взаимодействии кислот с основаниями, поэтому для нейтрализации кислот можно использовать карбонаты. Это свойство карбонатов находит применение в сельском хозяйстве для снижения кислотности и улучшения структуры почв в них вносят размолотый известняк. Происходит реакция:

Этот процесс называется известкованием почв.

Реакцию солей карбонатной кислоты с сильными кислотами используют для их выявления.

Разложение при нагревании. В результате нагревании все карбонаты, кроме карбонатов щелочных элементов, разлагаются с выделением углекислого газа:

Гідрогенкарбонати щелочных элементов при нагревании превращаются в карбонаты:

Другие — на оксиды:

Взаимопревращения карбонатов и гидрогенкарбонатов. Если через водный раствор карбоната Натрия или Кальция пропустить углекислый газ, то карбонаты превращаются в гідрогенкарбонати:

Na2CO3 + CO2 + h3O = 2NaHCO3; СаСО3 + CO2 + h3O = Са(НС03)2 Нагреванием полученных растворов можно снова получить карбонаты.

ЛАБОРАТОРНЫЕ ОПЫТЫ

КАЧЕСТВЕННАЯ РЕАКЦИЯ НА КАРБОНАТ - И ГІДРОГЕНКАРБОНАТ-ИОНЫ

В одну пробирку насыпьте немного (покрыть только дно) мела, в другую налейте 2 мл раствора питьевой соды. В каждую добавьте по 1 мл соляной кислоты, сразу закройте пробками с газоотводящими трубками, которые опустите в пробирки со свежеприготовленной известковой водой. Наблюдайте образование в обеих пробирках с известковой водой белого кристаллического осадка кальций карбоната.

Продолжайте пропускать углекислый газ через раствор с осадком одной из пробирок. Наблюдайте растворение осадка кальций карбоната в результате преобразования его на кальций гідрогенкарбонат. Прокипятите этот раствор и наблюдайте образование осадка вновь кальций карбоната.

Сделайте вывод о том, какая реакция является качественной на карбонаты и гідрогенкарбонати и признаку она сопровождается; при каких условиях происходит взаимопревращения карбонатов и гідрогенкарбона - тов. Составьте уравнения соответствующих реакций в последовательности их протекания в молекулярной и ионных формах.

Гидролиз карбонатов. Карбонаты щелочных элементов как соли слабой двухосновной кислоты в водном растворе гидролизуют с образованием щелочной среды:

Карбонаты трехвалентных металлических элементов, например алюминий карбонат, феррум(III) карбонат и хром(III) карбонат, подвергаются полному гидролизу, в результате которого образуются соответствующие основы и углекислый газ. Поэтому при сливе, в частности, растворов алюминий хлорида и натрий карбоната образуются не продукты реакции обмена, а продукты полного гидролиза соли:

Именно поэтому в таблице растворимости в ячейках этих солей стоят черточки, которые указывают на невозможность их существования в водном растворе.

Добывания. Некоторые карбонаты в большом количестве существуют в природе в составе горных пород и минералов (см. рис. 68).

Другие карбонаты добывают в промышленности и в лаборатории, пользуясь известными вам свойствами солей карбонатной кислоты и углекислого газа.

- Составьте четыре уравнения реакций добывания средних и кислых солей карбонатной кислоты.

Применение важнейших карбонатов и гидрогенкарбонатов приведены в табл. 16.

Т а б л и ц а 16

Применение солей карбонатной кислот

Формула соли название

Области применения

СаCО3 — мел, мрамор,известняк

Строительные материалы, производство извести, наполнитель бумаги и резины, основа зубных паст, известкования почв

Na2CO3, кальцинированная сода

Производство стекла, мыла и других моющих средств, бумаги, добычи соединений Натрия

NaHCO3, питьевая сода

В огнетушителях, в производстве искусственных минеральных вод, как разрыхлитель теста, лечебное средство

К2СО3, поташ

Минеральное удобрение, в производстве жидкого мыла, тугоплавкого стекла

Коротко о главном

Карбонатная кислота является слабой, неустойчивой двохосновною кислотой, которая существует только в растворе. Образует два ряда солей — карбонаты и гідрогенкарбонати. Добывают растворением углекислого газа в воде. Используется в газированных напитках.

Соли карбонатной кислоты — кристаллические вещества с ионной решеткой. Средние соли щелочных элементов и аммония хорошо растворимы в воде, остальные — мало или практически нерастворимы, кислые соли лучше растворимы, чем средние. Выявляют характерные для солей свойства: взаимодействуют с кислотами с выделением углекислого газа, разлагаются при нагревании (кроме карбонатов щелочных элементов). Карбонаты и гідрогенкарбонати при определенных условиях взаємоперетворюються. Добывают при помощи углекислого газа и природных карбонатов. Имеют широкое применение в производстве строительных материалов, стекла, моющих средств, бумаги, в сельском хозяйстве для известкования почв, а также в медицине, быту.

Для любознательных. В природной воде содержатся гідрогенкарбонати Кальция и Магния. Если такая вода просачивается сквозь своды пещеры и капает вниз, растворенные гідрогенкарбонати постепенно превращаются в карбонаты. С течением времени появляются минеральные образования в виде сосулек, трубочек и тому подобное — сталактиты. В то же время на дне пещеры аналогично образуются сталагмиты — конусообразные столбики, наплывы и прочее. Сталактиты и сталагмиты могут соединяться в колонны высотой до 30 м (рис. 81).

 

Рис. 81. Сталактиты и сталагмиты

что это и как влияет на вкус кофе

Чашка фильтр-кофе на 98,5% состоит из воды, а её качество имеет большое значение для кофе.

Общая и карбонатная жесткость — ключевые параметры, которые определяют качество воды. За общую жесткость отвечают хлорид кальция (CaCl2), сульфат кальция (CaSO4), хлорид магния (MgCl2) и сульфат магния (MgSO4). За карбонатную — бикарбонат калия (KHCO3) и бикарбонат натрия (NaHCO3).

Соли магния и кальция помогают извлечь из кофе больше вкуса и не выпадают в осадок при кипячении воды. А вот с бикарбонатами все не так просто. Вода, которая перенасыщена карбонатами, образует накипь. При кипячении воды соли выпадают в осадок и могут привести к поломке кофемашины.

Казалось бы, выбирайте воду с низким содержанием карбонатов, и проблема решена. Но недостаточное количество карбоната кальция в воде может вызвать коррозию бойлера и трубок. А главное — содержание бикарбонатов влияет на воспринимаемую кислотность кофе.

Мы уже рассказывали о том, как состав воды влияет на экстракцию. Теперь разбираемся, как карбонатная жесткость влияет на pH воды и вкус кофе.

Как карбонатная жесткость влияет на pH воды

Чтобы стабилизировать pH воды, нужна буферная система. А основная буферная система в воде — это как раз бикарбонаты Ca(HCO3)2. Если в воде будет много бикарбонатов, они «уничтожат» положительную кислотность кофе.

В кофе насчитывается более 40 органических кислот. От вида и соотношения кислот зависит вкус напитка: будет ли это приятная искристая кислотность или неприятная уксусная. Для этого в индустрии спешелти проводят эксперименты с ферментацией — процессом, при котором количество кислот в кофе увеличивается.


От вида и соотношения кислот в кофе зависит вкус напитка. А состав воды определяет экстракцию этих кислот

Большинство кислот в кофе слабые. Это значит, что даже незначительные отклонения в составе воды могут сильно повлиять на вкусовые свойства. Если взять воду с разным исходным ppm — уровнем минерализации — ppm кофе на выходе будет одинаковым, а вот вкус разным. Все потому, что разная вода по-разному растворяет вещества из кофе.

Итак, вкус кофе меняется в зависимости от параметров воды. Когда уровень pH понижается, растет кислотность воды, и кофе получается кислым. Если уровень pH повышается, во вкусе кофе появляется горечь. Чтобы уровень pH оставался стабильным, в воде должны содержаться бикарбонаты. Нужно только подобрать оптимальное соотношение минеральных веществ в воде.

Как подобрать допустимый диапазон карбонатной жесткости

Specialty Coffee Association выпустила стандарты, согласно которым допустимый диапазон карбонатной жесткости: ± 40 ppm. Карбонатная жесткость измеряется по шкале KH, а общая — по шкале GH.


Целевые показатели воды от SCA

Спецификация расплывчата, непонятно, что означает «плюс-минус» в отношении диапазона KH. Максвелл Колонна-Дэшвуд и Кристофер Хэндон в книге «Вода для кофе. Наука. История. Руководство» провели серию экспериментов, чтобы проверить, что будет со вкусом кофе при разных соотношениях общей и карбонатной жесткости воды.

Максимальная общая жесткость и минимальная карбонатная жесткость (точка А)

Проблема. Недостаточно буфера, чтобы экстрагировать сильные кислоты.

Кислотность в кофе получается очень приглушенной.

Максимальная карбонатная жесткость и минимальная общая жесткость (точка B)

Проблема. Не экстрагируются сложные вкусоароматические вещества. Не сформировалось тело напитка. Буфер нейтрализовал слабые положительные кислоты.

Вкус плоский, едкий, пережаренный.

Минимальная общая жесткость и минимальная карбонатная жесткость (точка С)

Проблема. Вода становится слишком пустой. Она не может извлечь нужное количество соединений из кофе из-за недостаточного количества минералов. Плохо сформированное тело кофе.

Вкус пустой, слегка уксусный.

Максимальная карбонатная жесткость и максимальная общая жесткость (точка D)

Проблема. Из-за максимальной KH вероятность образования накипи резко возрастает. Чтобы компенсировать такую высокую буферную способность, требуется очень высокая экстракция, поэтому GH тоже должна быть высокой. Из-за высокого содержания минеральных веществ вода быстро переэкстрагирует кофе.

Вкус горький, терпкий, пустой.

Итак, чтобы получить сбалансированный вкус, в кофе должны быть кальций, магний и небольшое содержание буфера.


Исследуя карту воды, Максвелл Колонна-Дэшвуд и Кристофер Хэндон постарались найти границы для каждого параметра. Эти точки не являются конкретными значениями, но находятся в пределах погрешности около 10 ppm

Как показали эксперименты Максвелла Колонна-Дэшвуда и Кристофера Хэндона, для стабильного вкуса кофе в воде должно быть сохранено небольшое количество буфера. В качестве отправной точки вы можете использовать соотношение GH и KH 2:1.

Если баланс нарушен, проверьте состав воды и параметры водоподготовки. Для домашнего приготовления кофе выбирайте бутилированную воду с карбонатной жесткостью 50-70 мг/л при рН 7,0. Бариста могут менять параметры водоподготовки для кофемашины в сторону уменьшения или увеличения солей в воде.

Мы уже рассказывали о том, как выбрать воду для кофе, как контролировать качество воды, которая попадает в кофемашину и как измерить вкус кофе по специальным параметрам. Чтобы понять, как состав вашей воды влияет на готовый напиток, ориентируйтесь на вкус кофе. Экспериментируйте, пробуйте разную воду и меняйте параметры водоподготовки с учетом желаемого вкуса. Так вы сможете получить кофе с яркой приятной кислотности.

Что запомнить
  1. В воде должно содержаться небольшое количество бикарбонатов — до 70 ppm. Они помогают держать pH воды под контролем, что положительно влияет на приятную кислотность кофе.

  2. Правильно подбирайте воду для заваривания кофе. Обращайте внимание на показатель «гидрокарбонат» на этикетке, оптимальное значение — 50-70 мг/л при рН 7,0.

  3. Важно не оценивать общую и карбонатную жесткость по отдельности. Их соотношение влияет на вкус кофе. Рекомендуемое соотношение GH и KH 2:1.

  4. При высоком содержании карбоната киcлотность будет не цитрусово-ягодной, а плоской и землистой. При низком содержании карбоната вкус получается уксусным и кислым.

Конспект урока "Угольная кислота и ее соли" 9 класс

Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Гимназия №32»

г.Нижнекамск Республика Татарстан

Конспект урока по химии
в 9 классе

«Угольная кислота и ее соли»

Подготовила:

учитель химии

Валеева Елена Николаевна

Нижнекамск 2011

Цели урока:

Образовательная: формирование представлений о строении, свойствах и применении угольной кислоты; ее солях, жесткости воды.

Развивающая: создать условия для развития умений учащихся анализировать, обобщать, делать выводы, сравнивать.

Воспитательная: способствовать развитию навыков коммуникативного общения учащихся.

Тип урока: изучение нового материала

Ход урока

  1. Орг. момент

  1. Изучение нового материала

Учитель: В романе Г.Г. Хаггарда «Клеопатра» написано: «… она вынула из уха одну из 3-х огромных жемчужин и опустила жемчужину в уксусную кислоту? Наступило молчание, потрясённые гости, замерев, наблюдали, как несравненная жемчужина медленно растворяется, Вот от неё не осталось и следа, и тогда Клеопатра подняла кубок, покрутила его, взбалтывая, и выпила всё до последней капли».

Объяснить растворение жемчужины мы сможем в ходе урока, изучив свойства солей самой распространённой в природе кислоты: угольной.

Тема нашего урока: «Угольная кислота и её соли».

+1 +4 -2

а) Молекулярная формула: H2CO3

Угольная кислота – двухосновная кислота, потому будет диссоциировать ступенчато

1 ст. H2CO3 H+ + HCO3-

IIcт. HCO3- H+ + CO32- диссоциация по второй ступени практически не идёт

б) Физические свойства:

Угольная кислота существует только в растворе т.к. она очень легко разлагается на углекислый газ и воду

H2CO3 CO2 + H2O

любая газированная вода представляет собой раствор угольной кислоты в воде.

в) Химические свойства:

Как электролит – очень слабая кислота, диссоциирует на ионы в малой степени, поэтому изменяет окраску индикатора слабо. Например, лакмус в растворе угольной кислоты становится только розовым.

1 ст. H2CO3 H+ + HCO3-

Взаимодействует в растворе со щелочами.

H2CO3+ 2NaOH

При написании уравнения реакции нужно учитывать, что угольная кислота – слабый электролит, поэтому ее расписывать на ионы нельзя.

учащиеся записывают уравнение реакции в молекулярной и ионной форме

H2CO3+ 2NaOHNa2CO3 + 2H2O

H2CO3+2Na+ + 2OH-  2Na+ + CO32- +2H2O

H2CO3+2OH-  2Na+ +2H2O

Соли угольной кислоты- карбонаты.

Угольная кислота – двухосновная и поэтому может образовывать два вида солей:

Na2CO3 NaHCO3

CaCO3 Ca(HCO3)2

почти все карбонаты, кроме карбонатов все гидрокарбонаты растворимы

щелочных металлов- нерастворимы

Карбонаты легко превращаются в гидрокарбонаты и наоборот:

СаСO3 + H2O + CO2Ca(HCO3)2

t

Ca(HCO3)2 Са СO3 + H2O + CO2

Качественная реакция на соли угольной кислоты (СО32- или карбонат-ион) – взаимодействие с разбавленной кислотой, например соляной:

Na2CO3 + HCl

учащиеся записывают уравнение реакции в молекулярной и ионной форме

Na2CO3 + 2HCl CO2 + 2NaCl + H2O

2Na++ CO32- + 2H+ + 2Cl- CO2 + 2Na+ +2Cl- + H2O

CO32- + 2H+ CO2 + H2O

Жёсткость воды.

Использование жёсткой воды приводит к образованию накипи. Анализ показывает, что жёсткая вода содержит большое количество растворимых солей кальция и магния. Различают временную жёсткость воды и постоянную жёсткость воды.

Ca(HCO3)2 и Mg(HCO3)2 или СaCl2 и MgCl2

временную жёсткость постоянную жёсткость

Временная жёсткость воды или карбонатная, обусловлена присутствием в воде гидрокарбонатов кальция и магния. Она легко устраняется кипячением:

t

Ca(HCO3)2 Са СO3 + H2O + CO2

или действием известкового молока или соды

Ca(HCO3)2 +Ca(OH)2

Ca(HCO3)2 + Na2CO3

учащиеся записывают уравнения в молекулярной и ионной форме

Ca(HCO3)2 +Ca(OH)2 CaCO3 +2H2O

Ca2+ +2(HCO3)- + Ca2+ +2OH- CaCO3 +2H2O

Ca(HCO3)2 + Na2CO3 CaCO3 + 2NaHCO3

Ca2+ +2(HCO3)- + 2Na+ +CO32- CaCO3 + 2Na+ + 2HCO3-

Ca2+ +CO32- CaCO3

Постоянная или некарбонатная жёсткость, обусловлена присутствием в воде других растворимых солеё кальция или магния. Она устраняется добавлением соды

CaCl2+ Na2CO3

учащиеся записывают уравнения в молекулярной и ионной форме

CaCl2+ NaCO3 CaCO3 + 2NaCl

Ca2+ + 2Cl- + 2Na+ + CO32- CaCO3 + 2Na+ + 2Cl-

Ca2+ +CO32- CaCO3

  1. Закрепление

А сейчас посмотрите на свои записи и ответьте на вопросы.

– Почему Н2СО3 образует 2 вида солей?

– Как называются эти соли?

Предполагаемый ответ

Угольная кислота – двухосновная кислота, поэтому образует два вида солей: средние, карбонаты и кислые, гидрокарбонаты.

– Назовите формулу мела?

Предполагаемый ответ

Мел – карбонат кальция

– Мрамора?

Предполагаемый ответ

Мрамор– карбонат кальция

– Жемчуга?

Предполагаемый ответ

Жемчуг – карбонат кальция

– Питьевой соды?

Предполагаемый ответ

Питьевая сода – гидрокарбонат калия

– «Что же произошло, когда растворила жемчужину Клеопатра?», запишите уравнение реакции.

Предполагаемый ответ

При растворении жемчуга в уксусной кислоте произошла химическая реакция

СаСО3 +2 СН3СООН  (СН3СОО)2Ca + 2 CO2 +2 H2O

Д/з

  1. п.30 в.5, 6 с.138

  2. Где в природе встречаются реакции, характеризующие жесткость воды (творческое задание)?

Литература

  1. Габриелян О.С. Химия 9класс, Дрофа, Москва 2007

  2. Горковенко М.Ю. Поурочные разработки по химии, 9 класс, Москва 2005

  3. Игнатьева С.Ю. Химия: Нетрадиционные уроки 8-11 класс, Волгоград 2003

gaz.wiki - gaz.wiki

Navigation

  • Main page

Languages

  • Deutsch
  • Français
  • Nederlands
  • Русский
  • Italiano
  • Español
  • Polski
  • Português
  • Norsk
  • Suomen kieli
  • Magyar
  • Čeština
  • Türkçe
  • Dansk
  • Română
  • Svenska

Угольная кислота удаление из воды

Схема подогрева воды до термических деаэраторов должна быть тщательно продумана. Использование для этой цели поверхностных подогревателей без предварительного удаления из воды угольной кислоты следует допускать лишь в крайнем случае и при условии, что непосредственно за этими аппаратами по ходу воды расположен открытый бак, где часть содержащихся в воде агрессивных газов может быть легко удалена в атмосферу. При этом в качестве материала для изготовления труб подогревателей рекомендуется применять красную медь, но не латунь, которая в этих условиях подвергается сильному обесцинкованию. Во всех остальных случаях следует ориентироваться на открытые подогреватели смешивающего типа.  [c.322]
Декарбонизация имеет целью удаление из воды свободной угольной кислоты, образовавшейся при Н-катионировании, и создание благоприятных условий для поглощения кремниевой кислоты. Углекислота, хорошо поглощаясь сильноосновным анионитом, препятствует поглощению кремниевой кислоты и приводит к быстрому его истощению.  [c.544]

При удалении из воды железа (П), присутствующего в форме бикарбоната, процессы окисления и гидролиза замедляются из-за выделения свободной углекислоты, которая образует в воде угольную кислоту и тем самым понижает pH воды. Процесс окисления и гидролиза железа (П) можно ускорить путем удаления аэрацией части свободной углекислоты или связывания ее путем введения в воду извести.  [c.27]

Н — при об. т в воде, содержащей 30 мг/л свободной угольной кислоты. Меры защиты удаление кислоты из воды путем фильтрования через мраморные фильтры или покрытие бетона соответствующим лаком.  [c.266]

V Кислород является коррозионным агентом, поэтому возможно полное удаление его из воды, — одна из центральных задач водно-химического режима любого энергообъекта. Дзот — инертный газ, не участвующий в каких-либо процессах, вредных для энергетического оборудования. Углекислый газ, в отличие от кислорода и азота, химически взаимодействует с водой с образованием угольной кислоты. Последняя частично диссоциирует на ионы Н+ и НСО , которые в свою очередь вступают в химическое взаимодействие с ионами других веществ, растворенных в воде. В связи с этим углекислый газ обладает весьма высоким коэффициентом растворимости концентрация его в природных водах колеблется в довольно широких пределах.  [c.34]

В закрытых системах, например в поверхностных подогревателях, где отсутствуют условия для удаления кислорода, нагрев воды приводит к непрерывному повышению скорости коррозии. Повышение температуры воды, содержащей угольную кислоту, ускоряет диссоциацию молекул последней с соответствующим увеличением концентрации ионов водорода и скорости коррозии. Как видно из рис.  [c.48]

Внутренняя поверхность анионитных фильтров обеих ступеней (Л] и Лг) контактирует с нейтральной и слабощелочной водой. Регенерационные воды этих фильтров имеют сильнощелочную реакцию, обусловленную содержанием в них избыточного количества (примерно 2%) едкого натра. В них содержатся также хлориды и сульфаты до 10 г/кг. Как видно из рис. 2.1, в схему после Яг включен декарбонизатор, предназначенный для удаления угольной кислоты. Значение pH химически обессоленной воды составляет 6, 9 ее солесодержание — 200 мкг/кг. Оптимальная температура обработки воды по этой схеме равна 40 °С.  [c.61]


Термическая деаэрация. Принципы этого метода удаления кислорода и угольной кислоты из питательной воды рассмотрены в 4.3. Здесь же рассматриваются неполадки 158  [c.158]

Для борьбы с коррозией оборудования и трубопроводов пароводяного тракта электростанций помимо глубокого удаления из конденсата турбин и питательной воды растворенного кислорода применяется также подщелачивание питательной воды до определенного, установленного ПТЭ значения pH. При этом происходит связывание свободной угольной кислоты, образующейся вследствие присосов воздуха в вакуумной части конденсатного тракта, а также при термическом распаде содержащегося в воде бикарбоната натрия. Кроме того, прн поддержании pH в пределах норм создаются благоприятные условия для образования на внутренней поверхности элементов пароводяного тракта защитного слоя, препятствующего дальнейшему развитию коррозии.  [c.239]

Объем ионитной загрузки всех других фильтров цепочки должен быть таким, чтобы обеспечивалось синхронное срабатывание их рабочей обменной емкости одновременно с анионитным фильтром I ступени. Для удаления из обрабатываемой воды угольной кислоты в схеме цепочки предусматривается установка декарбонизатора после анионитного фильтра I ступени. На установках с предварительной обработкой воды известкованием декарбонизатор может быть заменен дополнительной ступенью анионирования. Последняя ступень очистки может выполняться в ФСД.  [c.84]

Таким образом, в одних случаях угольная и кремниевая кислоты остаются в обессоленной воде, в других происходит удаление этих веществ из обработанной воды подобно сульфатам и хлоридам.  [c.89]

Основной же способ предупреждения подшламовой коррозии— У озможно более полное удаление из воды, соприкасающейся с метал-/лом, растворенного в ней кислорода и свободной угольной кисло- ты. Так, из питательного тракта кислород удаляется путем тщательной термической деаэрации питательной воды, проводимой иногда в комбинации с химической деаэрацией. Если же в деаэрируемой воде содержится значительное количество свободной угольной кислоты, для полного ее удаления вместе с кислородом применяется барботаж части или всего греющего пара через слой воды в аккумуляторном баке. С помощью барботажа достигается также разложение части бикарбонатной щелочной воды, при этом образуется сода, в присутствии которой повышается pH воды и прекращается удаление продуктов коррозии с поверхности металла. Если же барботажную деаэрацию почему-либо нельзя применять, а имеющиеся деаэраторы не обеспечивают полного удаления свободной угольной кислоты из питательной воды, можно пользоваться подщелачиванием питательной воды.  [c.254]

Многообразие задач технологии и конкретных условий эксплуатации оборудования систем паро- и теплоснабжения и охлаждения способствовало разработке различных вариантов противокоррозионной защиты, основанных на выборе коррозионно-стойких металлов и покрытий, удалении из воды угольной кислоты и ее нейтрализации, обработке воды силикатом натрия и другими ингибиторами, обработке конденсата, химически обессоленной воды и пара пленкообразующими реагентами (аминами) и пассиваторами (кислородом и пероксидом водорода). Должное внимание следует уделять применению катодной защиты для предупреждения коррозии в морской воде и способам  [c.11]

Решение проблемы коррозии теплоэнергетического оборудования ввиду сложных условий службы металла потребовало разработки новых средств противокоррозионной защиты. При этом внимание должно уделяться выбору коррозионно-стойких конструкционных материалов. Оборудование из углеродистой стали успешно защищается от воздействия агрессивной среды путем устранения из нее коррозионных агентов и создания на металле защитных или пассивных пленок. В связи с этим необходимо отметить применение декарбонизаторов для удаления из воды угольной кислоты, гидразина — для связывания кислорода, трилонирования — для создания защитных пленок и нейтральных режимов — для пассивации стали. Для предупреждения коррозии теплообменной аппаратуры и трубопроводов производственного конденсата заслуживает внимания применение пленкообразующих аминов. Этот способ про-, тивокоррозионной защиты весьма перспективен для ТЭЦ со значительным отпуском пара производству.  [c.4]


Эта простая схема химического обессоливания воды обычно на (практике претерпевает значительные усложнения, вызываемые стремлением обеспечить надежное получение обработанной воды высокого качества, что особенно важно в случаях приготовления ее для электростанций сверхвысокого и закритического давлений. Поэтому возникает необходимость предусматривать двухступенчатое и даже трехступенчатое ионирование. Кроме того, для достаточно полного удаления из воды иона кремнекислоты 510 -з приходится устанавливать фильтры, загружаемые специальными марками высокоосновных анионитов, способных к (поглощению анионов таких слабых кислот, как кремниевая и угольная, в то время 1как для поглощения анионов сильных кислот (С1 , 504 -) используются марки слабоосновных анионитов.  [c.219]

Известкование при магнезиальном обескремнивании производится для того, чтобы снизить щелочность воды и создать должную величину pH. Влияние величины pH, определяющей активную концентрацию в воде гидроксильных ионов, следует из механизма процесса обескремнивания. При pH угольной кислотой, а также введенным в воду коагулянтом  [c.94]

К физическим методам интенсификации процесса коагуляции относятся аэрирование, наложение электрического и магнитного полей, воздействие ультразвуком, ионизирующее излучение. Введение сжатого диспергированного воздуха в обрабатываемую воду в смеситель после добавления коагулянта с некоторым разрывом во времени позволяет удалить из зоны коагуляции образующийся при распаде угольной/кислоты диоксид углерода. Своевременное удаление свободной углекислоты из сферы формирования микрохлопьев значительно ускоряет дальнейший ход коагуляции. Аэрирование в количестве 10.... ..30% от расхода обрабатываемой воды позволяет снизить расход коагулянта на 25. .. 30% и улучшить качество обработки воды.  [c.94]

Так как содержащаяся в воде угольная кислота является слабой, в реакциях ионного обмена она может участвовать лишь после удаления сильных кислот. В самых нижних слоях фильтра этот процесс завершиться до полного восстановления карбонатной жесткости не успевает. Поэтому фильтрат имеет малую карбонатную жесткость (численно она равна щелочности) и содержит много углекислоты. К моменту окончания рабочего цикла фильтра ионы водорода, введенные в катионит при регенерации, полностью удаляются из катионита в виде НгСОз которая находится в равновесии с дегидратированной формой O2J Технология Н-катионирования с голодной регенерацией обеспечивает получение фильтрата с минимальной щелочностью  [c.516]

Удаление свободной угольной кислоты можно проводить попутно с обескислораживанием воды, в процессе ее термической деаэрации. Однако для этого требуются специально приспособленные для данной цели аппараты, имеющие увеличенного размера головку, изготовленную из коррозионно-устойчивого материала.  [c.321]

В схемах обессоливания, как правило, предусматривают декарбонизацию воды, т. е. удаление из нее растворенной углекислоты, чтобы сократить затраты едкого натра на стадии сильноосновного анионирования. Угольную кислоту удаляют в специальных аппаратах-декарбонизаторах или вакуумных деаэраторах. Наиболее распространены на ВПУ декарбонизаторы пленочного типа с насадкой из колец Ращига (рис. 2.11) и вакуумные деаэраторы.  [c.78]

Таким образом, в результате смешения Н-катионированной воды с умягчаемой водой карбонатная жесткость последней частично переходит в некарбонатную. Для удаления образовавшейся свободной углекислоты смесь пропускается через декарбонизатор и далее направляется в промежуточный бак. Из последнего умягчаемая вода, освобожденная от углекислоты, подается насосом в группу Ыа-катионитных фильтров. Удаление свободной углекислоты перед прокачиванием смеси через Ка-катионитные фильтры производится для получения относительной небольшой щелочности. При наличии значительного количества углекислоты" возможно увеличение щелочности против заданной величины за счет поглощения катионито.м катионов водорода, образующегося при диссоциации угольной кислоты  [c.302]

Таким раствором является Н-катионированная вода как до, так и после декарбонизатора. Содержание СОг в таких водах всегда превышает 2—3 мг л, и, следовательно, в них возможно прямое титрование углекислоты. Однако предварительно необходима нейтрализация минеральных кислот, содержащихся в таких водах. Иногда применяют такой способ отобранную порцию воды титруют 0,1 н. или 0,001 н. раствором едкого натра до изменения розовой окраски метилоранжа в желтую. Это достигается при pH = 4,5—5,0. Как следует из табл. 13-16, при этом практически вся углекислота будет находиться в свободном (неоттитрованном) состоянии. Затем вводят фенолфталеин или тимоловый синий и титруют до изменения окрасок этих индикаторов, оттитровывая угольную кислоту до бикарбоната. Такой способ опредадения содержания СОг не может быть рекомендован, так как при первом титровании, т. е. при нейтрализации минеральных кислот, значительная часть углекислоты будет потеряна за счет удаления ее в атмос ру. Процесс этот протекает достаточно быстро, в особенности при интенсивном взбалтывании, которое необходимо и неизбежно при титровании. Поэтому такой способ определения содержания свободной углекислоты обязательно будет приводить к получению заниженных результатов. Ошибка в сторону занижения будет тем значительнее, чем больше действительная концентрация углекислоты и чем выше концентрация сильных кислот в титруемой жидкости. Поэтому правильнее отбирать две пробы анализируемой воды. В одной из них без особых предосторожностей титруют содержание сильных кислот,. пользуясь метилоранжем в качестве индикатора, Ь, мл. Другую пробу отбирают в колбу, изображенную на рис. 13-10 так, как описано выше. Эту пробу титруют по фенолфталеину, пользуясь свидетелями. Результаты титрования а, мл, отвечают здесь сумме концентраций углекислоты и свободных минеральных кислот. По разности вычисляют концентрацию углекислоты. Как и при всяком определении по разности , максимальная возможная ошибка г будет здесь равна  [c.283]


Эффективность деаэрации можно несколько улучшить, если применить дополнительно барботажный подвод пара к деаэрированной воде в нижней части колонки или в баке-ак-кумуляторе под колонкой. Применение бар-ботажа в деаэраторах не дает ощутимого снижения остаточного содержания кислорода, но может быть полезным для удаления угольной кислоты при определенном содержании в ней бикарбонатной щелочности. Величина выпара из деаэрационной колонки также оказывает влияние на эффект деаэрации для обеспече-  [c.121]

Анионит АВ-17-8 Удаление ионов слабодиссоциирующих кислот (угольной, кремниевой и т.п.) в водоподготовке, глубокое химическое обессоливание воды в фильтрах смешанного действия в паре с катионитом КУ-2-8, очистка возвратных и сточных вод, в химической и фармацевтической промы1пленностях. Применяется в широком интервале значений pH в ОН-форме. Следует хранить в герметически закрытой таре под слоем воды во избежание поглощения углекислого газа из воздуха  [c.20]


КАРБОНАТНАЯ КИСЛОТА И ЕЕ СОЛИ - УГЛЕРОД И ЕГО СОЕДИНЕНИЯ - Химия

УГЛЕРОД И ЕГО СОЕДИНЕНИЯ

 

КАРБОНАТНАЯ КИСЛОТА И ЕЕ СОЛИ

 

С химической точки зрения оксид карбона (IV) - кислотный оксид со свойствами, характерными для данного класса неорганических соединений.

Ему соответствует карбонатная кислота Н2СО3. Это очень неустойчивое соединение, в свободном виде не существует, да и в водных растворах молекулы карбонатной кислоты не обнаруживаются. В водном растворе углекислого газа имеют место равновесия:

Все эти равновесия очень смещены влево, но наличие ионов Водорода оказывается экспериментальным путем. С подобным случаем мы уже сталкивались, когда рассматривали водный раствор аммиака, в котором отсутствуют молекулы основы NН4ОН, но являются гидроксид-ионы.

Добавление щелочи к раствору углекислого газа смещает равновесие вправо в результате связывания ионов Н+. При этом, в зависимости от количества щелочи, могут образоваться соли карбонатной кислоты: кислая - гидрокарбонат или среднее - карбонат:

Раствор гидроксида кальция (известковая вода) во время пропускания через него углекислого газа мутнеет вследствие выпадение в осадок карбоната кальция:

Это - качественная реакция на карбонат-ион. Наоборот, добавление карбонатов кислот предопределяет выделение углекислого газа:

Таким образом, карбонаты нейтрализуют растворы кислот, что и используют на практике.

Карбонатная кислота - одна из слабых кислот.

Химические свойства углерода и его соединений обобщены в таблице на стр. 47.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки вашего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки вашего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки вашего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Угольная кислота - обзор

7.03.1.3 Система CO

2 в океанических водах

Химия системы угольной кислоты в морской воде была одной из наиболее интенсивно изученных областей карбонатной геохимии. Это связано с тем, что очень точное и детальное знание этой системы необходимо для понимания круговорота углекислого газа и отложения карбонатных отложений в морской среде. Основная концепция, применимая к проблемам, связанным с поведением угольной кислоты и карбонатных минералов в морской воде, - это идея «постоянной ионной среды».Эта концепция основана на наблюдении, что соль в морской воде имеет почти постоянный состав, то есть соотношение основных ионов одинаково от места к месту в океане (принцип Марсе). Возможные исключения могут включать морскую воду в испарительных лагунах, порах морских отложений и вблизи устьев рек. Следовательно, основной ионный состав морской воды обычно можно определить по ее солености. Таким образом, оказалось возможным разработать уравнения, в которых влияние состава морской воды на карбонатное равновесие описывается просто в терминах солености.

Теоретически можно иметь дело со всей геохимией карбонатов в морской воде, зная соответствующие коэффициенты активности и их реакцию на изменения в том, как соленость, температура и давление влияют на них. На практике мы только сейчас начинаем подходить к обработке коэффициентов активности с достаточной точностью, чтобы быть полезными для большинства представляющих интерес проблем. Вот почему «кажущиеся» и стехиометрические константы равновесия, которые не включают использование коэффициентов активности, широко используются при изучении химии морских карбонатов с начала 1970-х годов.Стехиометрические константы, обычно обозначаемые как K *, предполагают использование только концентраций m, тогда как выражения для кажущихся констант равновесия (K ') содержат как концентрации, так и кажущиеся активности водорода (aH +) или концентрации. Примеры этих различных типов констант:

(1) стехиометрическая постоянная: Kcalcite * = mCa2 + mCO32−

(2) кажущаяся постоянная: K2 ′ = mCO32 − aH + mHCO3−

Следует отметить, что в морской воде Шкала концентрации молинности (моль кг -1 морской воды) часто используется, и необходимо следить за тем, чтобы стехиометрические и кажущиеся константы находились на той же шкале концентраций, что и измеренные значения.

Значения pH являются «очевидными», поскольку электроды не измеряют активность ионов водорода. Химический состав поверхности стеклянных электродов и потенциалы жидкостного перехода между раствором для заполнения электрода сравнения и морской водой вносят свой вклад в эту сложность. Буферные стандарты NBS имеют гораздо более низкую ионную силу, чем морская вода; это еще больше усложняет проблему. Одним из способов решения этой последней проблемы является создание буферных растворов искусственной морской воды и очень тщательное определение взаимосвязи между измерениями и фактической активностью или концентрацией ионов водорода (например,г., см. обзор Миллеро, 2001). На практике значения pH морской воды обычно измеряются при ~ 25 ° C и атмосферном давлении. Эти измерения pH необходимо скорректировать с учетом изменений давления и температуры для применения в условиях in situ .

Другое практическое соображение при работе с системой углекислоты морской воды заключается в том, что помимо карбонатной щелочности, H + и OH -, ряд других компонентов может вносить вклад в общую щелочность (TA).Наиболее важным компонентом морской воды обычно является борная кислота. В большинстве условий борная кислота обеспечивает щелочность ∼0,1 ммоль · л -1 ; это обычно учитывается при расчетах. Питательные соединения, такие как аммоний, фосфат и кремнезем, концентрации которых в морской воде сильно различаются, также могут влиять на щелочность. Их необходимо учитывать для очень точной работы. В бескислородных поровых водах ряд соединений, таких как сероводород и растворенные органические вещества, могут вносить значительный вклад в щелочность (например,g., см. Berner et al. , 1970).

Одной из основных целей изучения геохимии карбонатов в морских водах является расчет состояния насыщения морской воды карбонатными минералами. Состояние насыщения раствора по отношению к данному минералу - это просто отношение ионной активности или продукта концентрации к термодинамическому или стехиометрическому произведению растворимости (уравнение (3)). В морской воде обычно используется последний, а символ Ωmineral используется для обозначения отношения.Если Ω = 1, твердое тело и раствор находятся в равновесии; если Ω <1, раствор является недонасыщенным и может происходить растворение минералов, а если Ω> 1, раствор является перенасыщенным и должно происходить осаждение:

(3) Ωcalcite = aCa2 + aCO32 − KcalciteormCa2 + mCO32 − Kcalcite *

Концентрация кальция в нормальной морской воде может быть рассчитана по солености для большинства целей (точность почти всегда лучше, чем в пределах 1%). Как отмечалось ранее, необходимо проявлять осторожность при исследованиях поровых вод и в необычных областях, таких как прибрежные воды, карбонатные банки и лагуны, где могут иметь место значительные отклонения от нормальной концентрации морской воды.

Кажущиеся константы не соответствуют константам для стандартной морской воды, в которой состав морской воды был значительно изменен. Изменения состава могут быть особенно важны в бескислородных средах, где происходят значительные изменения концентрации сульфатов. Концентрация карбонат-иона может быть рассчитана по любым двум из четырех параметров: pH, общий CO 2 (TCO 2 ), парциальное давление CO 2 (pCO2) или TA (например, Морзе и Маккензи, 1990).

Новые сведения об угольной кислоте в воде

Хотя углекислота существует всего лишь доли секунды, прежде чем превратиться в смесь ионов водорода и бикарбоната, она имеет решающее значение как для здоровья атмосферы, так и для здоровья человека.

Углекислота, гидратированная форма углекислого газа, имеет решающее значение как для здоровья атмосферы, так и для здоровья человека. Однако, поскольку угольная кислота существует всего лишь долю секунды, прежде чем превратиться в смесь ионов водорода и бикарбоната, остается загадкой. Новое исследование, проведенное учеными из лаборатории Беркли, дало ценную новую информацию об угольной кислоте, которая имеет важное значение как для геологических, так и для биологических проблем.

Ричард Сайкалли, химик из отделения химических наук лаборатории Беркли и профессор химии Калифорнийского университета в Беркли, провел исследование, в результате которого были впервые проведены измерения методом рентгеновской абсорбционной спектроскопии (XAS) для водного раствора углекислоты. Эти измерения XAS, которые были получены в Advanced Light Source (ALS) лаборатории Беркли, полностью согласуются с предсказаниями суперкомпьютера, полученными в Национальном научном вычислительном центре энергетических исследований (NERSC).

Комбинация теоретических и экспериментальных результатов дает новое и подробное представление о гидратационных свойствах водной угольной кислоты, что должно способствовать развитию технологий связывания углерода и смягчения его последствий, а также улучшить наше понимание того, как угольная кислота регулирует pH крови.

«Наши результаты подтверждают среднее число гидратации 3,17 с двумя протонами кислоты, каждый из которых передает сильную водородную связь сольватирующей воде, карбонильный кислород принимает сильную водородную связь от сольватирующей воды, а молекулы гидроксильного кислорода принимают слабые водородные связи из воды. , - говорит Сайкаллы.«Данные XAS необходимо интерпретировать, сравнивая измерения с результатами рассчитанного спектра, что является серьезной проблемой. Строгое согласие между нашими рассчитанными и наблюдаемыми рентгеновскими спектрами - новое и важное достижение ».

Моделирование молекулярной динамики и метод теории функционала плотности из первых принципов, используемые для моделирования и интерпретации измерений XAS, были выполнены под руководством Дэвида Прендергаста, штатного научного сотрудника Центра теории наноструктур в Молекулярной литейной лаборатории Беркли.Molecular Foundry, NERSC и ALS - это национальные пользовательские объекты Управления науки Министерства энергетики США, расположенные в лаборатории Беркли.

«Используя нашу модель молекулярной динамики из первых принципов и моделирование молекулярной динамики, мы смогли смоделировать, как углекислая кислота сольватируется водой», - говорит Прендергаст. «Затем мы преобразовали эту информацию в прогнозируемый спектр поглощения XAS, который можно было напрямую сравнить с экспериментальными измерениями на ALS».

(Слева направо) Ричард Сайкалли, Дэвид Прендергаст, Джейкоб Смит и Ройс Лам были частью команды, которая предоставила новые ценные сведения о водной углекислоте.(Фото Роя Кальчмидта)

Сайкаллы и Прендергаст опубликовали свои результаты в журнале « Chemical Physical Letters ». Работа озаглавлена ​​«Структура гидратации водной угольной кислоты по данным рентгеновской абсорбционной спектроскопии». Сайкаллы является автором-корреспондентом. Другими соавторами, помимо Прендергаста, являются Ройс Лам, Элис Инглэнд, Алекс Ширди, Орион Ши, Джейкоб Смит и Энтони Риццуто.

Когда диоксид углерода растворяется в воде, примерно один процент его образует угольную кислоту, которая почти сразу диссоциирует на бикарбонатные анионы и протоны.Несмотря на свое недолговечное существование - около 300 наносекунд - углекислота является важным промежуточным звеном в равновесии между углекислым газом, водой и многими минералами. Он играет решающую роль в углеродном цикле - обмене углекислым газом между атмосферой и океанами - и в буферизации крови и других жидкостей организма. Короткий срок жизни углекислоты в воде чрезвычайно затрудняет ее изучение.

Сайкалли и его исследовательская группа преодолели это препятствие, разработав уникальную технологию микроструйного перемешивания жидкости, в которой два водных образца быстро смешиваются и протекают через сопло с мелким наконечником, изготовленное из плавленого кварца и имеющее отверстие диаметром всего несколько микрометров.Результирующий пучок жидкости проходит несколько сантиметров в вакуумной камере, прежде чем его пересекает пучок рентгеновских лучей, который затем собирается и конденсируется. Сайкалли и его группа установили свою жидкостную микроструйную систему на ALS Beamline 8.0.1, ондуляторном канале с высоким потоком, который производит рентгеновские лучи, оптимизированные для исследований XAS.

«Ключом к нашему успеху стал прогресс в нашей технологии микроструйных жидкостей, который позволяет нам добиться быстрого смешивания наших реагентов, бикарбоната и соляной кислоты, а также немедленного исследования продуктов угольной кислоты», - говорит Сайкалли.

Для этого исследования он и его группа использовали разновидность XAS, называемую спектроскопией ближней рентгеновской абсорбции тонкой структуры (NEXAFS), метод атомно-специфического зонда как электронной структуры молекулы, так и ее локального химического окружения. NEXAFS идеально подходит для получения подробных характеристик гидратных взаимодействий, однако он в основном ограничивался исследованиями в газах и твердых телах из-за трудностей работы с жидкими образцами в высоком вакууме. Внедряя свою микроструйную технологию в среду высокого вакуума синхротронного рентгеновского луча, Сайкалли и его группа могут выполнять NEXAFS на жидких образцах.

Исследователи, стоящие за этим исследованием, говорят, что их результаты важны для понимания и моделирования того, как происходит химическое равновесие между угольной кислотой и диоксидом углерода в солевых водоносных горизонтах и ​​других предлагаемых средах связывания углерода. Такой же равновесный процесс регулирует дыхание живых организмов.

«Поскольку углекислота в газовой и твердой фазах достаточно хорошо изучена, наша новая работа с водными растворами будет способствовать разработке детальных моделей обратимой газожидкостной химии диоксида углерода», - говорит Сайкалли.

Это исследование было поддержано Управлением науки Министерства энергетики США.

Дополнительная информация

Чтобы узнать больше об исследованиях Ричарда Сайкалли, перейдите сюда

Более подробную информацию об исследованиях Дэвида Прендергаста можно найти здесь

Для получения дополнительной информации о Advanced Light Source перейдите сюда

Для получения дополнительной информации о Molecular Foundry перейдите сюда

Для получения дополнительной информации о NERSC перейдите сюда

Раскрывая тайны угольной кислоты

Когда газообразный диоксид углерода растворяется в воде, его гидрофобная природа образует цилиндрическую полость, создавая основу для реакций переноса протона, которые производят углекислоту.

Моргните, и его уже давно нет. Углекислота существует лишь крошечные доли секунды, когда углекислый газ растворяется в воде, прежде чем превратиться в смесь протонов и бикарбонат-анионов. Однако, несмотря на свой недолгий срок службы, углекислота оказывает длительное воздействие на атмосферу и геологию Земли, а также на человеческий организм. Однако из-за короткого срока службы детальный химический состав угольной кислоты долгое время оставался загадкой. Исследователи из лаборатории Беркли и Калифорнийского университета в Беркли помогают приоткрыть эту завесу с помощью серии уникальных экспериментов.В своем последнем исследовании они показали, как молекулы газообразного диоксида углерода сольватируются водой, чтобы инициировать химию переноса протона, которая производит угольную кислоту и бикарбонат.

«Благодаря сочетанию рентгеновской абсорбционной спектроскопии (XAS), теоретического моделирования и компьютерного моделирования мы можем сообщить о первых подробных характеристиках гидратной структуры газообразного диоксида углерода, растворенного в воде», - говорит Ричард Сайкалли, химик. с отделением химических наук лаборатории Беркли и профессором химии Калифорнийского университета в Беркли, который возглавляет это исследование.«Наши результаты помогут улучшить будущее теоретическое моделирование этой важнейшей химии, охарактеризовав начальное состояние реакций переноса протона, которые происходят в воде.

«Эта последняя работа следует за отдельным недавним исследованием, в котором была охарактеризована гидратная структура самой угольной кислоты. В конечном итоге такие исследования приведут к полному пониманию того, как атмосферный углекислый газ улавливается и трансформируется поверхностью океана, что играет решающую роль в углеродном цикле. Они также позволят нам выяснить, как анионы бикарбоната взаимодействуют с катионами кальция и магния в растворе, создавая нанокластеры, которые зарождаются в образовании известняка, и как анионы бикарбоната буферизируют кровь и другие жидкости организма.”

(Слева направо) Ричард Сайкалли, Дэвид Прендергаст, Джейкоб Смит и Ройс Лам были частью команды, которая предоставила новые ценные сведения об образовании угольной кислоты. (Фото Роя Кальчмидта)

Сайкалли и его исследовательская группа преодолели проблему короткого срока службы угольной кислоты - около 26 миллисекунд - путем разработки уникальной технологии микроструйного перемешивания жидкостей. В этой технологии два водных образца быстро смешиваются и протекают через сопло с мелким наконечником, сделанное из плавленого кварца и имеющее отверстие диаметром всего несколько микрометров.Полученный пучок жидкости вводится в вакуумную камеру и пересекается рентгеновским пучком, после чего собирается и замораживается.

Сайкалли и его группа установили свою жидкостную микроструйную систему в Advanced Light Source (ALS) лаборатории Беркли, ускорителе / ​​накопителе электронов, который служит основным источником рентгеновских лучей для научных исследований. В более ранних экспериментах они использовали свою систему микроструй и метод XAS для характеристики гидратных структур водного карбоната и бикарбоната.В этом новом исследовании Сайкалли и его группа смогли захватить спектр XAS газообразного диоксида углерода, растворенного в воде. Все эти эксперименты проводились на ALS Beamline 8.0.1, ондуляторной линии с высоким потоком, которая генерирует рентгеновские лучи, оптимизированные для исследований XAS.

Сайкалли и его коллеги определили структуру гидратации углекислого газа в воде, используя свои спектральные данные XAS в сочетании с моделированием молекулярной динамики, проведенным под руководством Дэвида Прендергаста, штатного научного сотрудника Центра теории наноструктур Молекулярной литейной лаборатории Беркли.Расчеты проводились с использованием суперкомпьютерных ресурсов Национального вычислительного центра энергетических исследований (NERSC). ALS, Molecular Foundry и NERSC - все это национальные пользовательские объекты, финансируемые Управлением науки Министерства энергетики США (DOE).

Результаты этого исследования показывают, что молекула угольной кислоты действует как гидрофоб со средним числом водородных связей 0,56. Атом углерода слабо взаимодействует с кислородом одиночной молекулы воды на расстоянии более 2.67 ангстрем, а атомы кислорода карбонила служат акцепторами слабых водородных связей. Результатом является улучшенная тетраэдрическая структура связи вода / водород с локальной цилиндрической полостью, вырезанной в водном растворителе.

«Расчетные спектральные сдвиги энергии и интенсивности между водной углекислотой, растворенным диоксидом углерода и газообразным диоксидом углерода хорошо соответствуют нашим экспериментально измеренным спектрам», - говорит Сайкалли. «В будущих исследованиях мы сосредоточимся на устранении некоторых ограничений нашего текущего экспериментального дизайна и ограничений молекулярно-динамического моделирования посредством реализации теорий более высокого уровня ab initio .

Результаты этого последнего исследования были опубликованы в статье «Выбор редакции» в журнале « Chemical Physical Letters ». Статья называется «Структура гидратации растворенного диоксида углерода по данным рентгеновской абсорбционной спектроскопии». Сайкаллы является автором-корреспондентом. Другими соавторами, помимо Прендергаста, являются Ройс Лам, Элис Инглэнд, Джейкоб Смит, Энтони Риццуто и Орион Ши.

Дополнительная информация

Чтобы узнать больше об исследованиях Ричарда Сайкалли, перейдите сюда

Для получения дополнительной информации о Advanced Light Source перейдите сюда

Для получения дополнительной информации о Molecular Foundry перейдите сюда

Для получения дополнительной информации о NERSC перейдите сюда

Угольная кислота: образование, структура и химическое уравнение - видео и стенограмма урока

Химическая структура

Химическая формула угольной кислоты h3CO3.Его химическая структура представлена ​​на диаграмме 2 (см. Видео). Вы можете видеть, что эта кислота состоит из карбоксильной группы (C = O) с двумя соединенными гидроксильными группами (OH). Поскольку в этой молекуле присутствует атом углерода, мы можем идентифицировать это как органическое соединение. Поскольку эта молекула также обладает кислотными свойствами, о которых говорилось ранее в отношении слабых кислот, мы можем назвать эту молекулу кислотой.

Итак, имеет смысл называть угольную кислоту разновидностью органической кислоты, не так ли? Знаете ли вы, что по поводу этого названия идет много споров? Некоторые ученые считают, что угольная кислота, без сомнения, неорганическая кислота.Как мы вскоре увидим, угольная кислота образуется из неорганических соединений, поэтому ведутся большие споры. Решите ли вы назвать угольную кислоту органической кислотой, неорганической кислотой или назвать ее в честь своего лучшего друга, это, безусловно, ваш выбор. Просто убедитесь, что вы знаете, как определить его химическую структуру и формулу.

Как это образовалось

Это та часть, которую мы все ждали; как вообще образуется углекислота? Вы были бы шокированы, если бы узнали, что все, что вам нужно, - это немного воды и углекислый газ? Это, безусловно, один из наиболее распространенных способов образования угольной кислоты.Теперь имейте в виду, что производство угольной кислоты в природе часто происходит спонтанно и в небольших количествах. Не нужно паниковать; углекислота не случайно плавает в нашем воздухе. Однако при сочетании воды и углекислого газа в атмосфере может образоваться углекислота. Это фактически объясняет, почему мы можем найти небольшое количество этой кислоты в дождевой воде. Следующее уравнение показывает, как в результате этой реакции образуется угольная кислота:

Вы заметили двойные стрелки в этом уравнении? Вспомните, когда мы обсуждали равновесие в отношении слабых кислот.Это прекрасный пример равновесия в действии со слабой кислотой. Находясь в равновесии, угольная кислота может легко диссоциировать обратно на диоксид углерода и воду. Углекислый газ и вода могут свободно соединяться с образованием угольной кислоты. В этом есть смысл, поскольку в природе вещи не статичны. Молекулы постоянно образуются и диссоциируют в зависимости от таких факторов, как выветривание, атмосферные условия и условия окружающей среды.

Теперь мы должны поговорить об этой концепции углекислоты, присутствующей в наших газированных напитках.Как получилось, что эту слабую кислоту можно найти в нашей кока-коле или спрайте? Для производства соды углекислый газ должен растворяться в воде с образованием небольшого количества углекислоты. Именно эта кислота, наряду с другими кислотами, такими как фосфорная кислота, придает некоторым содам терпкий вкус. Кислая природа угольной кислоты также дает газировку, которая шипит, позволяя нам свободно отрыгивать.

Но подождите, эта реакция растворения углекислого газа в воде звучит знакомо. Фактически, это тот же процесс, который мы обсуждали ранее в отношении присутствия угольной кислоты в атмосфере.Это равновесное состояние диссоциации угольной кислоты с образованием двуокиси углерода и воды или объединения двуокиси углерода и воды с образованием угольной кислоты является важной реакцией, участвующей в образовании угольной кислоты. В следующий раз, когда вы выпьете эту газировку или вас поймают во время дождя, подумайте о химической реакции, используемой для обеспечения присутствия углекислоты в этих источниках.

Итоги урока

Давайте рассмотрим. Угольная кислота - это слабая кислота, образующаяся при растворении диоксида углерода в воде.Химическая формула угольной кислоты h3CO3. Его структура состоит из карбоксильной группы с двумя соединенными гидроксильными группами. Как слабая кислота , она частично ионизируется, диссоциирует или, скорее, распадается в растворе. Молекулы, используемые для образования угольной кислоты в результате диссоциации и рекомбинации, находятся в постоянном состоянии равновесия.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *