Гидрокарбонаты

Шаблон:Карточка{{#invoke:check for unknown parameters|check |unknown= |ignoreblank= |preview= |showblankpositional= |CAS|ChEBI|ChemSpiderID|ECB|EINECS|H-фразы|InChI|InChIKey|NFPA 704|P-фразы|PubChem|R-фразы|RTECS|S-фразы|SMILES|nocat|Кодекс Алиментариус|ЛД50|ООН|ПДК|СГС|большие схемы|вещество1|вещество2|вещество3|вещество4|внешний вид|вращение|гибридизация|давление пара|диапазон прозрачности|динамическая вязкость|дипольный момент|заголовок|изображение|изображение слева|изображение справа|изображение2|изоэлектрическая точка|интервал трансформации|картинка|картинка малая|картинка2|картинка3D|картинка 3D|картинка3D2|кинематическая вязкость|конст. диссоц. кислоты|константа В. дер В.|координационная геометрия|коэфф. электр. сопротив.|кристаллическая структура|критическая плотность|критическая темп.|критическая точка|критическое давление|молярная концентрация|молярная масса|наименование|описание изображений слева и справа|описание изображения|описание изображения слева|описание изображения справа|описание изображения2|описание картинки|описание картинки2|описание картинки3D|описание картинки3D2|описание малой картинки|от. диэлектр. прониц.|плотность|поверхностное натяжение|показатель преломления|предел прочности|пределы взрываемости|примеси|проводимость|растворимость|растворимость1|растворимость2|растворимость3|растворимость4|рац. формула|сигнальное слово|скорость звука|сокращения|состояние|твёрдость|темп. воспламенения|темп. вспышки|темп. кипения|темп. кипения пр.|темп. плавления|темп. разложения|темп. самовоспламенения|темп. стеклования|темп. сублимации|температура размягчения|тепловое расширение|теплопроводность|теплоёмкость|теплоёмкость2|токсичность|традиционные названия|тройная точка|угол Брюстера|уд. электр. сопротивление|удельная теплота парообразования|удельная теплота плавления|фазовые переходы|хим. имя|хим. формула|ширина изображения|ширина изображения2|энергия ионизации|энтальпия кипения|энтальпия образования|энтальпия плавления|энтальпия растворения|энтальпия сгорания|энтальпия сублимации|ЕС|удельная теплота парообразования2|удельная теплота плавления2|Номер UN|эмпирическая формула|теплота парообразования|энтальпия раствородия|тепловое расширодие}}

Гидрокарбона́ты — кислые соли угольной кислоты H₂CO₃. Формула аниона: HCOШаблон:Sub sup. Устаревшие названия гидрокарбонатов: кислый, углекислый, двууглекислый, бикарбонаты.

Гидрокарбонаты практически всех элементов хорошо растворимы в воде, в том числе гидрокарбонаты щёлочноземельных металлов, в отличие от небольшого числа растворимых в воде карбонатов.

Получение

В общем случае гидрокарбонаты образуются при длительном пропускании углекислого газа через водный раствор (или суспензию), содержащий карбонат:

$\mathrm{M}\mathrm{e}\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3+\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}⟶\mathrm{M}\mathrm{e}(\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3){\phantom{A}}_2$, где Me — бивалентный катион металла.

Наиболее востребованный в промышленности и быту гидрокарбонат натрия получают по так называемому аммиачно-хлоридному способу. Гидрокарбонат натрия гораздо хуже растворим в ледяной воде, поэтому его можно отделить от хорошо растворимого хлорида аммония отделением осадка с помощью фильтрования:

$\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{l}+\mathrm{N}\mathrm{H}{\phantom{A}}_3+\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}\stackrel{\text{0 °C}}{\to }\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3\mathrm{v}+\mathrm{N}\mathrm{H}{\phantom{A}}_4\mathrm{C}\mathrm{l}$

Химические свойства

При нагревании гидрокарбонаты разлагаются на соответствующий карбонат, воду и углекислый газ:

$2\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3\stackrel{\mathrm{t}}{\to }\mathrm{N}\mathrm{a}{\phantom{A}}_2\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3+\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$

Гидролиз гидрокарбонат-иона происходит по схеме:

$\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3{\phantom{A}}^{-}+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}\stackrel{-\rightharpoonup }{\leftharpoondown -}\mathrm{O}\mathrm{H}{\phantom{A}}^{-}+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3$

Из-за этого водные растворы гидрокарбонатов всегда имеют слабощелочную или щелочную реакцию.

Взаимодействие со щелочами:

$\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3{\phantom{A}}^{-}+\mathrm{O}\mathrm{H}{\phantom{A}}^{-}⟶\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3{\phantom{A}}^{2-}+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$

С кислотами:

$\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3{\phantom{A}}^{-}+\mathrm{H}{\phantom{A}}_3\mathrm{O}{\phantom{A}}^{+}⟶\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2+2\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$

Далее углекислый газ взаимодействует с водой с образованием угольной кислоты. Происходит это до тех пор, пока его концентрация не начнёт превышать равновесную для системы «угольная кислота/вода и углекислый газ», после чего начнут образовываться пузырьки газа. В кислой среде карбонаты и гидрокарбонаты разлагаются с образованием углекислого газа.

Применение

Гидрокарбонат натрия (сода) используется в производстве искусственных минеральных вод, как действующий компонент огнетушителей. Также применяется в кондитерском деле, хлебопечении, в быту, в медицине, а также в качестве универсального «мягкого» нейтрализатора кислот.

Гидрокарбонат аммония используется в пищевой промышленности в качестве разрыхлителя для плоских хлебобулочных изделий, таких как печенье и крекеры.

Физиологическое действие

В организме гидрокарбонат-ион является неотъемлемой частью гидрокарбонатной буферной системы, регулирующей постоянство pH крови. 70–75 % СО₂ в организме превращается в угольную кислоту (Н₂СО₃), которая является сопряжённой кислотой по отношению к гидрокарбонат-иону и может быстро превратиться в него.

С угольной кислотой бикарбонат в сочетании с водой, ионами гидроксония и углекислым газом образует буферную систему, которая поддерживается в равновесии, необходимом для обеспечения устойчивости к изменениям pH. Это особенно важно для защиты тканей центральной нервной системы, где изменения pH, выходящие за пределы нормального диапазона в любом направлении, могут оказаться катастрофическими (см. ацидоз и алкалоз).

Кроме того, бикарбонат играет ключевую роль в пищеварительной системе. Он повышает pH содержимого двенадцатиперстной кишки после того, как очень кислый желудочный сок закончил переваривать пищу в желудке.

Гидрокарбонат-ион в окружающей среде

Гидрокарбонат-ион является преобладающей формой растворённого неорганического углерода в морской воде и в большинстве пресных вод. Он является важным поглотителем углерода в углеродном цикле.

В экологии пресных вод сильная фотосинтетическая активность пресноводных растений при дневном свете способствует выделению в воду газообразного кислорода и гидрокарбонат-ионов. Далее они сдвигают pH в щелочную сторону до тех пор, пока при определенных обстоятельствах уровень щелочности не станет токсичным для некоторых организмов или не сделает токсичными другие химические компоненты (например, аммиак). В темноте, когда фотосинтез практически не происходит, в результате процессов дыхания выделяется углекислый газ, и новые ионы бикарбоната не образуются, что приводит к быстрому падению рН.

Выщелачивание некоторых горных пород происходит благодаря превращению их в гидрокарбонаты из карбонатов под действием дождевой воды с растворённым в ней углекислым газом. В то же время данный процесс обратим и является частью цикла круговорота углерода в природе.

Литература

• Шаблон:Книга
• Шаблон:Книга
• Шаблон:Книга

См. также

• Карбонаты
• Буферные системы крови