§ 42. Вугальная і крэмніевая кіслоты, іх солі

Вугальная кіслата і яе солі

Вугальная кіслата H₂CO₃ з’яўляецца двухасноўнай і адносіцца да слабых кіслот (мал. 100). У свабодным стане ў выглядзе крышталёў яна вылучана пры тэмпературы ніжэйшай за –30 °С толькі ў другім дзесяцігоддзі XXI стагоддзя.

У водным растворы вугальная кіслата дысацыіруе ступеньчата:

;

.

У звычайных умовах яна распадаецца на вуглякіслы газ і ваду:

.

Вугальнай кіслаце адпавядаюць два рады солей: карбанаты (сярэднія) і гідракарбанаты (кіслыя). Адзначым дзве найважнейшыя ўласцівасці солей вугальнай кіслаты.

1. Узаемадзеянне з кіслотамі. Агульнай уласцівасцю карбанатаў і гідракарбанатаў з’яўляецца «закіпанне» пры дзеянні больш моцных кіслот як на цвёрдую соль, так і на яе раствор. Адбываецца вылучэнне газу без колеру і паху:

;

;

;

.

Узаемадзеянне солей з моцнымі кіслотамі выкарыстоўваюць як тэст (якасную рэакцыю) на прысутнасць солей вугальнай кіслаты — карбанатаў і гідракарбанатаў (Дадатак 3).

Акрамя таго, такія рэакцыі могуць выкарыстоўвацца для атрымання вуглякіслага газу ў лабараторыі, напрыклад, з мармуру CaCO₃:

.

2. Тэрмічнае раскладанне. Другая асаблівасць солей вугальнай кіслаты — іх невысокая тэрмічная ўстойлівасць (акрамя карбанатаў натрыю і калію, рубідыю і цэзію). Пры награванні яны раскладаюцца:

Аналізуючы сказанае і ўраўненні хімічных рэакцый папярэдняга параграфа, можна зрабіць вывад, што карбанаты і гідракарбанаты здольныя да ўзаемаператварэнняў, якія ўмоўна можна паказаць схемай:

На прыкладзе карбанату кальцыю ўраўненні рэакцый, адпаведныя дадзенай схеме, выглядаюць так:

Карбанаты і гідракарбанаты знаходзяць шырокае прымяненне ў будаўніцтве, побыце, оптыцы, медыцыне, а таксама ў вытворчасці мыла, шкла, паперы, з’яўляюцца напаўняльнікамі вогнетушыльнікаў.

Крэмніевая кіслата і яе солі

Крэмніевая кіслата H₂SiO₃ з’яўляецца двухасноўнай і больш слабай, чым вугальная кіслата. Яе атрымліваюць узаемадзеяннем сілікатаў (Na₂SiO₃ або K₂SiO₃) з больш моцнай кіслатой, напрыклад H₂SO₄, HCl:

;

.

Крэмніевая кіслата пры гэтым вылучаецца ў выглядзе студзяністага асадку, састаў якога часта паказваюць формулай nSiO₂ · mH₂O. У сапраўднасці крэмніевая кіслата мае палімерную прыроду:

Ужо пры нязначным награванні або доўгім захоўванні кіслата раскладаецца на аксід і ваду:

.

Утвораны аксід SiO₂ мае порыстую структуру і вялікую плошчу паверхні (да 1000 м²/г), што дазваляе яму абсарбіраваць малекулы розных рэчываў, у тым ліку і ваду. Менавіта дзякуючы абсарбцыйным уласцівасцям аксід SiO₂ пад назвай «сілікагель» выкарыстоўваецца як асушальнік паветра ва ўпакоўках з электронікай і абуткам, а пад назвай «Белы вугаль» — як абсарбент у медыцыне (мал. 101).

Солі крэмніевай кіслаты

Для крэмніевай кіслаты вядомыя толькі сярэднія солі — сілікаты. Большасць з іх дрэнна раствараецца ў вадзе. Растваральныя солі сілікат натрыю і сілікат калію называюць «растваральнае шкло» і выкарыстоўваюць як «канцылярскі клей». Атрымаць сілікаты можна сплаўленнем аксіду крэмнію(IV) як кіслотнага аксіду са шчолачамі, аксідамі металаў, а таксама з карбанатамі:

Вытворчасць будаўнічых матэрыялаў на аснове сілікатаў і карбанатаў

Прыродныя сілікаты і карбанаты служаць асновай для вытворчасці цэменту, бетону, шкла.

Цэмент атрымліваюць спяканнем вапняку CaCO₃ і гліны, адна з састаўных частак якой — каалініт, які ўключае аксіды SiO₂ і Al₂O₃.

Бетон вырабляюць з сумесі пяску, цэменту і вады. Дадаючы ў такую сумесь шлак, атрымліваюць шлакабетон. Калі свежапрыгатаванай сумессю заліваюць металічны каркас, то пры зацвярдзенні атрымліваюцца жалезабетонныя канструкцыі. Пры выкарыстанні ў якасці напаўняльніку газападобных рэчываў атрымліваюць пенабетон.

Шкло ўжываюць у будаўнічай сферы (шкленне вокнаў, вітражоў, дзвярэй, аранжарэй), у аптычнай прамысловасці, медыцыне, машынабудаванні, прыборабудаванні, сучаснай архітэктуры, электроніцы, побыце. Як адзначана вышэй у параграфе, сыравіна для вытворчасці шкла («варэння шкла») — карбанаты натрыю і кальцыю, а таксама аксід крэмнію(IV), гэта значыць крышталічная сода, мел або вапняк і кварцавы пясок (Na₂CO₃, CaCO₃, SiO₂). Як ужо адзначалася ў § 41, у састаў шкла ўваходзяць аксіды натрыю, кальцыю і крэмнію ў мольных суадносінах 1 : 1 : 6.

Для надання шклу асаблівых уласцівасцей у зыходную сумесь уводзяць дабаўкі. Так, для яго афарбоўвання выкарыстоўваюць розныя аксіды: СuO надае блакітны колер, FeO — зялёны, СоO — ад блакітнага да сіне-фіялетавага. Глушыцелі памяншаюць празрыстасць шкла, робяць яго матавым. Наклейванне палімерных плёнак павялічвае трываласць. Арміраванне металічным дротам надае дэкаратыўныя ўласцівасці і перашкаджае ўтварэнню вялікіх асколкаў пры растрэскванні. Варта адзначыць магчымасць шматразовай перапрацоўкі шкла.

Пытанні, заданні, задачы

1. Выпішыце характарыстыкі, якія адносяцца

• а) да вугальнай кіслаты;
• б) да крэмніевай кіслаты:

• 1) слабы электраліт;
• 2) тэрмічна ўстойлівая;
• 3) раскладаецца на аксід і ваду;
• 4) утвараецца пры растварэнні аксіду ў вадзе;
• 5) пры раскладанні ўтварае газападобны аксід;
• 6) прадукт яе распаду — сілікагель;
• 7) утварае два рады солей;
• 8) яе солі пры дадаванні кіслаты «закіпаюць»;
• 9) солі называюць карбанатамі і гідракарбанатамі;
• 10) утвараецца пры дадаванні салянай кіслаты да сілікатаў;
• 11) солі называюць сілікатамі;
• 12) адзін з атамаў мае ступень акіслення +4.

2. Запішыце ў малекулярнай і іоннай форме ўраўненні рэакцый, якія ілюструюць хімічныя ўласцівасці а) вугальнай і б) крэмніевай кіслот, названыя ў заданні 1.

3. Запоўніце табліцу «Будаўнічыя матэрыялы» (цэмент, бетон, жалезабетон, шкло).

4. Запоўніце табліцу «Прымяненне карбанатаў і гідракарбанатаў».

5. Складзіце ўраўненні магчымых рэакцый:

• a) 
• б) 
• в) 
• г) 
• д) 
• е) 
• ж) 
• з) 
• i) 
• к) 
• л) 
• м) 

6. Разлічыце масы кальцыніраванай соды, вапняку і кварцавага пяску, неабходныя для атрымання шкла масай 100 кг, дапускаючы, што зыходныя рэчывы не ўтрымліваюць прымесей.

7. Складзіце ўраўненні рэакцый паводле схемы:

8. Пры доўгім захоўванні раствораў шчолачаў у шкляным посудзе ў растворах узнікае муць. Патлумачце, якія рэакцыі з’яўляюцца прычынай гэтай з’явы.

9. Прапануйце спосабы атрымання не менш як васьмі складаных рэчываў, маючы ў распараджэнні сілікат калію і гідракарбанат кальцыю. Запішыце ўраўненні рэакцый і спіс атрыманых рэчываў.

10. Вызначце аб’ём вуглякіслага газу (н. у.), што вылучыцца з вогнетушыльніка, які ўтрымлівае серную кіслату і раствор аб’ёмам 10 дм³ з масавай доляй гідракарбанату натрыю 8 % (шчыльнасць раствору — 1,058 г/см³).

^*Падрыхтуйце паведамленні:

• 1. Як утвараюцца сталактыты і сталагміты;
• 2. Вытворчасць шкла ў Рэспубліцы Беларусь.

*Самакантроль

1. Вугальная кіслата ўтварае солі:

• а) сілікаты;
• б) карбіды;
• в) карбанаты;
• г) гідракарбанаты.

2. Асноўнай сыравінай для вытворчасці шкла з’яўляюцца:

• а) вапняк;
• б) гліна;
• в) кальцынаваная сода;
• г) кварцавы пясок.

3. Соль саставу Са(НСО₃)₂:

• а) з’яўляецца кіслай;
• б) рэагуе з вуглякіслым газам у растворы;
• в) тэрмічна няўстойлівая;
• г) рэагуе са шчолачамі.

4. Тэрмічна ўстойлівым рэчывам з’яўляецца:

• а) SiO₂;
• б) Ca(НСO₃)₂;
• в) H₂SiO₃;
• г) H₂СO₃.

5. Не працякае рэакцыя:

• а) СаСО₃ ;
• б) K₂СO₃ ;
• в) MgO + SiO₂ ;
• г) Вa(НСO₃)₂ .