možná jste viděli šumění, když limetková šťáva klesla na podlahu a zanechala bílou značku. Nebo jste možná pozorovali použití jedlé sody jako kynutého činidla ke zvýšení sušenek, koláčů atd.,. Možná se divíte, o šumění, když jsou otevřeny sodovky nebo koksu láhve. Je známou skutečností, že naše oblíbené pekařské předměty jsou chutné přidáním prášku do pečiva. Použití mycí sody v prádelnách, ve změkčení tvrdé vody; a použití vápenného kamene a vápenné vody při výrobě stavebních materiálů, jako je portlandský cement, vápenná malta atd.,- všechny tyto zahrnují uhličitany nebo hydrogenuhličitany.
uhličitany a hydrogenuhličitany nacházejí cestu do domácích věcí k metalurgickým procesům a dokonce i biologickým reakcím. Jsou přítomny v zubních pastách, křídy černé desky, minerály, léky atd.
- vzorce & struktury
- sloučeniny obsahující uhličitany & hydrogenuhličitany
- výskyt
- Příprava
- Obecné vlastnosti
- chemické reakce
- studium některých jednotlivých sloučenin
vzorce & struktury uhličitanů a HYDROGENUHLIČITANOVÝCH aniontů
So koneckonců, co jsou uhličitany & bikarbonáty?
velmi jednoduché. Jedná se o soli kyseliny uhličité.
- vzorec uhličitanových iontů: CO32 –
- vzorec Hydrogenuhličitanových iontů: HCO3 – (v systému IUPAC se také označuje jako hydrogenuhličitanový ion)
tyto anionty jsou tvořeny z kyseliny uhličité, H2CO3 odstraněním iontů H+ postupně následujícím způsobem:
H2CO3 <——-> HCO3 – + H+ <——–> co32 – + H+
strukturální vztahy mohou být reprezentovány jako:
jejich tvary jsou trigonální rovinné se 120o vazebných úhlů na atomu uhlíku. Centrální atom uhlíku prochází hybridizací sp2.
sloučeniny obsahující uhličitanové nebo bikarbonátové anionty
obvykle kovové ionty s větší atomovou velikostí tvoří stabilní uhličitany a hydrogenuhličitany. Některé bikarbonáty lze detekovat pouze ve vodném prostředí. Některé důležité uhličitany a hydrogenuhličitany jsou uvedeny níže.
| skupina | sloučenina | obecný vzorec | příklady |
| Skupina-1 (alkalické kovy) | uhličitany | M2CO3 | Li2CO3, Na2CO3, K2CO3 atd., |
| hydrogenuhličitany | MHCO3 | LiHCO3, NaHCO3, KHCO3 atd, | |
| Skupina-2 (kovy alkalických zemin) | uhličitany | MCO3 | MgCO3, CaCO3, BaCO3 atd, |
| hydrogenuhličitany | M (HCO3)2 | Mg(HCO3)2, Ca(HCO3) 2 atd, | |
| prvky p-bloku | uhličitany | _ | Tl2CO3 a PbCO3 |
| přechodové prvky | uhličitany | _ | ZnCO3, CuCO3, Ag2CO3, feco3 atd,. |
výskyt
v přírodě je přítomno několik uhličitanových minerálů. Některé z nich jsou uvedeny níže.
| vzorec | název minerálu |
| Na2CO3 | uhličitan sodný nebo Natrit |
| CaCO3 | Vápenný kámen nebo kalcit nebo aragonit nebo křída |
| MgCO3 | magnezit |
| CaCO3.MgCO3 | Dolomit |
| SrCO3 | Strontianit |
| BaCO3 | Witherite |
| PbCO3 | Cerrusite |
| FeCO3 | Siderite |
| CuCO3.Cu (OH) 2 | malachit |
| 2.Cu (OH)2 | Azurit |
| ZnCO3 | Smithsonite (ve staré literatuře je známý jako calamine) |
| CdCO3 | Otavit |
příprava uhličitanů & hydrogenuhličitanů
kyselina uhličitá vzniká, když se plynný oxid uhličitý rozpustí ve vodě.
H2O + CO2 <——–> H2CO3
ačkoli vypadá jednoduše, tato reakce je základním principem při výrobě sodovky, coca cola, Pepsi atd.,. Tyto nápoje se vyrábějí rozpuštěním oxidu uhličitého ve vodě při vysokých tlacích. Samozřejmě se přidávají i některé další přísady, které zlepšují chuť produktu. To je jiný příběh. Když otevřete láhev, plynný oxid uhličitý vyjde s šumem(nazýváte to šumem).
je možné získat buď uhličitan nebo hydrogenuhličitan průchodem oxidu uhličitého do alkalických roztoků. Obvykle se uhličitany vytvářejí, když malé množství oxidu uhličitého prochází alkalickými roztoky.
např.
| 2NaOH | + | CO2 | <——> | na 2 Co 3 | + | H 2 O |
| malé množství | poměrně rozpustný ve vodě |
| Ca (OH)2 | + | CO2 | <——> | CaCO3↓ | + | H 2 O |
| malé množství | nerozpustný ve vodě |
bikarbonáty se však nakonec vytvoří, když se do roztoku dostane přebytek oxidu uhličitého.
např.
| NaOH | + | CO2 | <——> | NaHCO3 | ||
| přebytek | mírně rozpustný ve studené vodě |
| Ca (OH)2 | + | 2 CO 2 | <——> | Ca (HCO3)2 | ||
| přebytek | rozpustný ve vodě |
aplikace-1: je pozorováno, že vápenná voda, Ca (OH)2 se zpočátku změní na mléčnou, když jím prochází oxid uhličitý a po průchodu přebytku oxidu uhličitého se vyjasní. Zpočátku se vytvoří nerozpustná bílá pevná látka CaCO3. Vápenná voda se proto změní na mléčnou. Poté se přemění na hydrogenuhličitan rozpustný ve vodě, Ca (HCO3) 2 Po průchodu přebytku oxidu uhličitého tím, že se roztok znovu vyjasní.
reakce jsou shrnuty níže.
| Ca (OH)2 | + | CO2 | ———-> | CaCO3↓ | + | H 2 O |
| hašené vápno | malé množství | bílá pevná látka |
| CaCO3 | + | H 2 O | + | CO2 | ———-> | Ca (HCO3)2 |
| přebytek | rozpustný |
Poznámka: tvorba uhličitanu vápenatého je jednou z reakcí, ke které dochází při usazování vápenné malty, která byla použita při stavbě starých budov
aplikace-2: bylo pozorováno, že bílá sraženina vzniká, když se vodný roztok hydroxidu sodného uchovává delší dobu v nádobách, které nejsou řádně uzavřeny. Je to kvůli tvorbě nerozpustného NaHCO3, když NaOH reaguje s přebytkem oxidu uhličitého ve vzduchu.
| NaOH | + | CO2 | <——> | NaHCO3 | ||
| přebytek | mírně rozpustný ve studené vodě |
obecné vlastnosti
fyzikální stav:
* uhličitany a hydrogenuhličitany jsou pevné látky při pokojové teplotě. Uhličitany prvků skupiny 1 a skupiny 2 jsou bezbarvé. Zatímco uhličitany přechodových prvků mohou být zbarveny.
* polarizační síla iontů kovů skupiny-1 (M+) je menší než polarizační síla iontů kovů skupiny-2 (M2+). Uhličitany skupiny-2 jsou tedy kovalentnější než uhličitany skupiny-1.
zatímco polarizační síla klesá dolů skupiny s nárůstem velikosti kovových iontů. Proto iontová povaha zvyšuje skupinu.
* NaHCO3 a KHCO3 mohou existovat v pevném stavu. Bikarbonáty prvků skupiny 2 jsou však známy pouze ve vodných roztocích.
rozpustnost ve vodě:
* kromě Li2CO3 jsou uhličitany skupiny 1 poměrně rozpustné ve vodě. Rozpustnost se zvyšuje se skupinou, jak se zvyšuje iontová Příroda.
* uhličitany skupiny 2 jsou ve vodě mírně rozpustné, protože jejich mřížkové energie jsou vyšší(je to způsobeno zvýšením kovalentní povahy). V této skupině není pozorován žádný jasný trend rozpustnosti.
ale uhličitany skupiny 2 jsou rozpustné v roztoku CO2 v důsledku tvorby HCO3 -.
tepelná stabilita:
* uhličitany se po zahřátí rozkládají na oxid uhličitý a oxid uhličitý. Zatímco hydrogenuhličitany poskytují uhličitan, vodu a oxid uhličitý.
* tepelná stabilita uhličitanů skupiny-1 a skupiny-2 (také hydrogenuhličitanů) se zvyšuje ve skupině, protože polarizační síla kovového iontu klesá.
* ze stejného důvodu jsou uhličitany skupiny-1 stabilnější než uhličitany skupiny-2.
* malé a vysoce nabité kovové ionty mají větší polarizační sílu, a proto usnadňují rozklad uhličitanových iontů na oxid uhličitý a oxidový iont.
chemické reakce
nejdůležitější reakcí těchto aniontů je „rozklad“ uvolňováním oxidu uhličitého buď po zahřátí, nebo přidáním kyselin. Voda nebo oxid jsou další produkty.
2HCO3- ——–> CO32 – + CO2 + H2O (při ohřevu)
HCO3 – + H+ ——–> CO2 + H2O (v kyselém prostředí)
CO32- ——–> CO2 + O2 – (při ohřevu)
CO32 – + 2H+ ———> CO2 + H2O (v kyselém prostředí)
ilustrace:
i) 2NaHCO3 ——–> Na2CO3 + CO2 + H2O (při zahřívání)
ii) NaHCO3 + H+ ——–> Na + + CO2 + H2O
použití: to je důvod, proč jedlá soda (NaHCO3) se používá jako kypřící činidlo pro zvýšení cookies, koláče atd.,. Při zahřátí se rozkládá na CO2 a vodu. Díky tomu jsou cookies porézní a chutné.
iii) Ca (HCO3)2 ——–> CaCO3 + CO2 + H2O (po zahřátí)
Mg (HCO3)2 ——–> MgCO3 + CO2 + H2O (při zahřívání)
aplikace: Dočasná tvrdost vody je způsobena přítomností hydrogenuhličitanů Ca a Mg. Dočasnou tvrdost je možné odstranit vroucí vodou. Po varu se rozpustné hydrogenuhličitany rozkládají na nerozpustné uhličitany, které lze odfiltrovat.
iv) CaCO3 ——–> CaO + CO2 (po zahřátí)
použití: Tato reakce se používá k získání rychlého vápna (CaO) ve vápenných pecích, které se dále používá při přípravě hašeného vápna, Ca (OH)2. To je také jedna z reakcí, ke kterým dochází při výrobě portlandského cementu. Technicky se tento typ reakce nazývá kalcinace.
v) CaCO3 + 2HCl ——–> CaCl2 + H2O + CO2
vi) MgCO3 + 2HCl ——–> MgCl2 + H2O + CO2
nebo obecně
CO32 – + 2H+ ———> CO2 + H2O
komentář: tato reakce je principem detekce uhličitanových iontů přítomných v dané soli.
uhličitan vápenatý je přítomen v mramorovém kameni. Při kontaktu s kyselinami se rozkládá na oxid uhličitý. Proto je šumivost pozorována při pádu kyselin na podlahu. Limetová šťáva obsahuje kyselinu citronovou, která uvolňuje oxid uhličitý a vytváří nerozpustný citrát vápenatý, který se jeví jako bílé značení.
Poznámka: šumivost je někdy pozorována na žulové podlaze, která může zřídka obsahovat uhličitany. To může pocházet z lišejníků, kteří na nich žili.
studium některých jednotlivých uhličitanů a hydrogenuhličitanů
Li2CO3:
* uhličitan lithný je bezbarvá sůl s polymerní povahou.
* je mírně rozpustný ve vodě a jeho rozpustnost klesá se zvyšující se teplotou. Rozpouští se však v přítomnosti oxidu uhličitého v důsledku tvorby LiHCO3.
* používá se v psychiatrii k léčbě mánie. Ionty lithia interferují s sodíkovou pumpou a inhibují aktivitu proteinkinázy C (PKC).
* používá se také při přípravě oxidu kobaltu lithného-který je přítomen v katodách lithium-iontových baterií.