Якісна реакція на гідрокарбонат-іон
Як середні солі, так і кислі, вугільної кислоти взаємодіють з кислотами. В результаті реакції відбувається виділення вуглекислого газу. Його присутність можна виявити, пропускаючи зібраний газ через розчин вапняної води. Спостерігається помутніння внаслідок випадання нерозчинного осаду карбонату кальцію. Реакція, ілюструє, як гідрокарбонат магнію, що містить іон HCO 3 - , вступає в реакцію.
Взаємодія з солями і лугами
Як відбуваються реакції обміну між розчинами двох солей, утворених різними по силі кислотами, наприклад, між хлоридом барію і кислою сіллю магнію? Вона йде з утворенням нерозчинної солі - угольнокислого барію. Такі процеси називаються реакціями іонного обміну. Вони завжди закінчуються утворенням осаду, газу або мало дисоціюють продукту – води. Реакція лугу гідроксиду натрію і гідрокарбонату магнію призводить до утворення середньої солі карбонату магнію і води. Особливістю термічного розкладання карбонатів амонію є те, що крім появи кислих солей, відбувається виділення газоподібного аміаку. Солі карбонатної кислоти при сильному нагріванні можуть взаємодіяти з амфотерними оксидами, такими як оксид цинку або алюмінію. Реакція йде з утворенням солей – алюмінатів або цинкатов магнію. Оксиди, утворені неметалевими елементами, також здатні реагувати з гідрокарбонатом магнію. В продуктах реакції виявляється нова сіль, вуглекислий газ і вода.Широко поширені в земній корі мінерали – вапняк, крейда, мармур, тривалий час взаємодіють з діоксидом вуглецю, розчиненим у воді. В результаті утворюються кислі солі – гідрокарбонати магнію і кальцію. При зміні умов зовнішнього середовища, наприклад, при підвищенні температури, відбуваються зворотні реакції. Середні солі, крісталлізуясь з води з високою концентрацією бікарбонатів, часто утворюють у вапнякових печерах бурульки з карбонатів – сталактити, а також нарости у вигляді веж – сталагміти.
Жорсткість води
Вода взаємодіє з солями, що містяться в грунті, наприклад, з гідрокарбонатом магнію, формула якого Mg(HCO 3 ) 2 . Вона розчиняє їх, а сама стає жорсткою. Чим більше домішок, тим гірше в такій воді розварюються продукти, різко погіршується їх смак і харчова цінність. Така вода мало придатна для миття волосся і прання білизни. Особливо небезпечна жорстка вода для використання у парових установках, так як під час кипіння гідрокарбонати кальцію і магнію, розчинені в ній, випадають в осад. Він утворює шар накипу, погано проводить тепло. Це загрожує такими негативними наслідками, як перевитрата палива, а також перегрівання котлів, призводить до їх зносу і аварій.
Магнієва та кальцієва жорсткість
Якщо у водному розчині поряд з аніонами HCO 3 - присутні іони кальцію, то вони обумовлюють кальцієву жорсткість, якщо катіони магнію – магнієву. Їх концентрація у воді носить назву загальної жорсткості. При тривалому кип'ятінні гідрокарбонати перетворюються в погано розчинні карбонати, що випадають у вигляді осаду. При цьому загальна жорсткість води зменшується на показник карбонатної або тимчасової жорсткості. Катіони кальцію утворюють карбонати – середні солі, а іони магнію входять до складу гідроксиду магнію або основної солі, карбонату магнію гідроксид. Особливо висока жорсткість притаманна воді морів і океанів. Наприклад, у Чорному морі магнієва жорсткість становить 535 мг-екв/л, а в Тихому океані – 108 мг-екв/л. Поряд з вапняком в земній корі часто зустрічається магнезит – мінерал, що містить карбонат і гідрокарбонат натрію і магній.
Способи пом'якшення води
Перед використанням води, загальна жорсткість якої перевищує 7 мг-екв/л, її слід звільнити від надлишку солей – пом'якшити. Наприклад, в неї можна додати гідроксид кальцію – гашене вапно. Якщо ж одночасно з нею вносити і соду, то можна позбутися і від постійної (некарбонатной) жорсткості. Застосовують і більш зручні прийоми, що не потребують нагрівання і контакту з агресивним речовиною – лугом Ca(OH) 2 . До них можна віднести використання катіонітів.Принцип дії катіоніту
Алюмосилікати і синтетичні іонообмінні смоли – це катіоніти. У своєму складі вони містять рухливі іони натрію. Пропускаючи воду через фільтри з шаром, на якому розташований носій – катіоніт, частки натрію будуть змінюватися на катіони кальцію і магнію. Останні зв'язуються аніонами катіоніту і міцно в ньому утримуються. Якщо у воді присутня концентрація іонів Ca 2+ і Mg 2+ , то вона буде жорсткою. Щоб відновити активність іонообмінника, речовини поміщають в розчин кухонної солі, при цьому відбувається зворотна реакція – натрієві заміщають іони катіони магнію і кальцію, адсорбовані на катионите. Відновлений іонообмінник знову готовий для процесу пом'якшення жорсткої води.
Електролітична дисоціація
Більшість середніх і кислих солей у водних розчинах розщеплюється на іони, будучи провідником другого роду. Тобто речовина піддається електролітичної дисоціації і його розчин здатний проводити електричний струм. Дисоціація гідрокарбонату магнію призводить до того, що в розчині присутні катіони магнію і негативно заряджені складні іони залишку вугільної кислоти. Їх спрямований рух до різнойменно заряджених електродів і обумовлює появу електричного струму.Гідроліз
Реакції обміну між солями і водою, приводять до появи слабкого електроліту – це гідроліз. Він має велике значення не тільки в неорганічній природі, але також є основою процесів обміну білків, вуглеводів і жирів в живих організмах. Гідрокарбонат калію, магнію, натрію та інших активних металів, утворений слабкої вугільної кислотою і сильною основою, в водному розчині повністю гідролізується. При додаванні до нього безбарвного фенолфталеїну індикатор забарвлюється в малиновий колір. Це вказує на лужний характер середовища, внаслідок накопичення надлишкової концентрації гідроксид-іонів. Фіолетовий лакмус у водному розчині кислої солі вугільної кислоти стає синім. Надлишок гідроксильних частинок у даному розчині можна виявити і за допомогою ще одного індикатора – метилового оранжевого, змінює своє забарвлення на жовту.Кругообіг солей вугільної кислоти в природі
Здатність розчинятися у воді гідрокарбонатів лежить в основі постійного їх переміщення в неживій і живій природі. Підземні води, насичені вуглекислотою, просочуються крізь шари ґрунту, до складу яких входять магнезит і вапняк. Вода з гідрокарбонатом і магнієм потрапляє в ґрунтовий розчин, потім виноситься в річки і моря. Звідти кислі солі надходять в організми тварин і йдуть на побудову їх зовнішнього (раковини, хітин) або внутрішнього скелета. В деяких випадках, під дією високої температури гейзерних або соляних джерел, гідрокарбонати розкладаються, виділяючи діоксид вуглецю і перетворюючись на поклади корисних копалин: крейди, вапняку, мармуру.