Карбонаты — ТехЛиб СПБ УВТ. Большая энциклопедия нефти и газа

Cтраница 1

Взаимодействие карбонатов и бикарбонатов щелочных металлов или аммония с солями уранила приводит к образованию комплексных ионов типа: [ UO2 (CO3) 3 ] 4 -, [ UO2 (CO3) 2 (H2O) 2 ] 2 - и др. Наиболее важными в технологии производства урана являются карбонатные комплексные соли натрия и аммония.  

Взаимодействие карбоната бария с пятиокисью ниобия при неизотермическом нагревании сопровождается появлением на кривой ДТГ максимумов скорости выделения двуокиси углерода при 670 - 690 и 960 - 980 С. В изотермических условиях реакция протекает с заметной скоростью при температурах выше 650 С.  

Процессы взаимодействия карбоната бария с окислами подгруппы ванадия удовлетворительно описываются указанными уравнениями в пределах до 70 - 80 % превращения исходных компонентов в конечный продукт реакций.  

При взаимодействии карбоната калия с кислотами образуются соли этих кислот с выделением диоксида углерода.  

При взаимодействии карбоната циркония с карбонатом аммония образуется (ЫН4) з2гОН (СОз) з - 2Н2Р - бесцветное кристаллическое вещество, растворимое в воде и нерастворимое в этаноле.  

При взаимодействии карбоната калия с хлороводородом образуются хлорид калия, диоксид углерода и вода. Определите количество хлорида калия и объем диоксида углерода (при н.у.), которые образуются из 24 82 г хлороводорода.  

Так как при взаимодействии карбонатов с кислотами происходит связывание ионов водорода, карбонатами, как и основаниями, можно пользоваться для нейтрализации кислот. Так, известняк СаСОз в размолотом виде применяется для известкования почв при излишней их кислотности.  

С заметной скоростью реакции взаимодействия карбонатов щелочноземельных металло в с трехокисью молибдена протекает при температурах выше 300 С.  

Хлорид рубидия RbCl получают взаимодействием карбонатов с соляной кислотой, хорошо растворим в воде.  

Химическая пена образуется при взаимодействии карбоната или бикарбоната натрия с кислотой в присутствии пенообразователя. Пенообразующий порошок состоит из сухих солей (сернокислого алюминия, бикарбоната натрия) и лакричного экстракта или другого пенообразующего вещества. При взаимодействии с водой сернокислый алюминий (или другие сернокислые соли), бикарбонат натрия и пенообразователь растворяются и немедленно реагируют с образованием диоксида углерода.  

Химическая пена образуется при взаимодействии карбоната или бикарбоната с кислотой в присутствии пенообразователя. Практически такую пену получают в эжекторных переносных приборах (пеногенераторах) из пенопорошка и воды. Пенопорошок состоит из сухих солей (сернокислого алюминия, бикарбоната натрия) и лакричного экстракта или другого пенообразующего вещества. При взаимодействии с водой сернокислый алюминий (или другие сернокислые соли), бикарбонат натрия и пенообразователь растворяются и немедленно реагируют с образованием двуокиси углерода.  

Химическая пена образуется при взаимодействии карбоната или бикарбоната с кислотой в присутствии пенообразователя. Такую пену получают в эжекторных переносных приборах (пе-ногенераторах) из пенопорошка и воды. Пенопорошок состоит из сухих солей (сернокислого алюминия, бикарбоната натрия) и лакричного экстракта или другого пенообразующего вещества. При взаимодействии с водой сернокислый алюминий (или другие сернокислые соли), бикарбонат натрия и пенообразователь растворяются и вступают в реакцию, образуя диоксид углерода.  

Карбонат натрия производиться в виде белого порошкообразного вещества. В простонародье это вещество называют кальцинированной содой, в международном производстве применяют название Sodium carbonate.

Соду использовали еще в древних временах, первыми ее нашли египтяне. Они использовали ее для мытья посуды и для производства стекольных изделий. Зачастую ее находили в соляных пластах, которые находились под землей. Ее месторождением также считают содовые озера. Она находится в составе некоторых минералов и водорослей. Соду можно найти в нахколитах, термонатритах и натронах.

Формула карбоната натрия Na2CO3. Также это вещество можно назвать натриевой солью угольной кислоты. Свое наименование сода получила из-за того, что в процессе ее производства гидрокарбонат натрия подвергают высокому нагреву. Современные производители изготавливают это вещество разнообразными способами. Самыми популярными считаются метод Сольве и химическая переработка минералов.

Физические свойства

Молярная масса карбоната натрия 105,9 г/моль. Данное вещество обладает небольшой плотностью - 2,54 г/см³. Кальцинированная сода быстро растворяется в водной среде, начинает кипеть при температуре 1 600°C. Этот материал имеет высокую гигроскопичность, он легко впитывает в себя запахи и влагу. Если карбонат натрия Na2CO3 хранить в открытом виде, то он начинает слеживаться.

Реакции взаимодействия карбоната натрия

Это вещество способно реагировать с большим количеством химических соединений.

Гидрокарбонат аммония и хлорид натрия в своей реакции образуют осадок в виде пищевой соды.

NH4HCO3 + NaCl = NaHCO3 + NH4C

Карбонат натрия в реакции с соляной кислотой

Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + H2O + CO2

Раствор карбоната натрия и соляной кислоты в результате взаимодействия образовывают пищевую соль, воду и углекислый газ, который испаряется в воздух.

Чтобы получить кальцинированную соду, соединяют гидроксид натрия с углекислым газом. В результате этой реакции, образуется кальцинированная сода и вода.

2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O

Реакция взаимодействия уксусной кислоты и карбоната натрия

2СН3СООН + Na2CO3 = H2O + CO2 + 2CH3COONa

Для получения карбоната кальция, необходимо произвести реакцию, в которой будут участвовать карбонат натрия и хлорид кальция.

Na2(CO3)+CaCl2=2NaCl+CaCO3 (осадок)

Кальцинированная сода может вступать в реакцию с серной кислотой.

Na2CO3+H2SO4=NA2SO4 + H2O +CO2

Обменная реакция сульфида натрия и карбоната кальция.

Na2S + СаСО3 → Na2CO3 + CaS

Карбонат натрия быстро взаимодействует с водой. Водный раствор карбоната натрия разлагается следующим образом:

Na2(CO3)+2Н2О= 2 Na+СО3+2Н +2ОН

Взаимодействие карбоната натрия с нитратом кальция

Na2CO3 + Ca(NO3)2 → 2NaNO3 + CaCO3↓

Представленные уравнения реакций карбоната натрия показывают, что это вещество можно получить разными способами. Оно способно качественно взаимодействовать с кислотами и водой.

Применение кальцинированной соды

Сфера применения этого вещества достаточно широкая. Раствор карбоната натрия используют в пищевой промышленности. Пищевая сода добавляется в составы многих продуктов питания для урегулирования кислотности, повышения воздушности теста, для эмульгирования.

Технический карбонат натрия находит свое применение в сфере стекольного производства. Также это вещество вводиться в состав бумаги, мыла, различных чистящих и моющих средств. В тяжелой промышленности его используют в процессе изготовления чугунных изделий.

Большой спрос на этот материал замечен в:

• . в процессе производства цветных металлов,
• . нефтеперерабатывающей промышленности,
• . текстильном производстве.

В химической сфере с помощью реакций с карбонатом натрия получают другие натриевые соли.

За счет кальцинированной соды проходит очистка водных труб, а также понижается жесткость воды.

В результате переработки угольной кислоты с солями калия и натрия получают карбонат калия-натрия. Этот материал не имеет характерного цвета, он быстро растворяется в водной среде. Его используют в процессе производства цемента. Он способствует быстрому затвердеванию.

Техническая сода имеет разное предназначение, ее выпускают двух марок:

Водный карбонат натрия марки Б используют для приготовления различных моющих средств. Его также применяют для очищения нефтяных продуктов. В химической промышленности он помогает получать натриевые, фосфорные и хромовые соли.

Обе марки карбоната натрия входят в составы разного стекла. Их добавляют в составы:

• . стекол для оптических приборов,
• . стеклоблоков,
• . керамической плитки,
• . медицинского стекла,
• . пеноблоков.

Марка А применяется в процессе изготовления электровакуумного стекла. Для этой цели карбонат натрия должен иметь высший сорт.

Производители и стоимость

Соединенные Штаты Америки, Канада, Мексика и ЮАР считаются мировыми лидерами по производству этого материала. На их территории сосредоточены большие природные залежи. В Российской Федерации содовые озера находятся на территории Забайкалья и Сибири.

Основными промышленными компаниями, которые изготавливают карбонат натрия в России, считаются:

• . ООО Югреактив,
• . ООО ТранзитХим,
• . ООО АнгараРеактив,
• . группа компаний ХИМПЭК,
• . ООО НефтеГазХимКомплект.

Средняя цена карбоната натрия составляет 20-25 рублей за 1 кг. Фасуют кальцинированную соду в полиэтиленовые мешки и картонные упаковки.

Карбонаты - многочисленная группа минералов, которые имеют широкое распространение. К минералам класса карбонатов относятся соли угольной кислоты, чаще всего это соли кальция, магния, натрия, меди. Всего в этом классе известно около 100 минералов. Некоторые из них очень широко распространены в природе, например кальцит и доломит.

В структурном отношении все карбонаты относятся к одному основному типу - анионы 2- представляют собой изолированные радикалы в форме плоских треугольников.

Большинство карбонатов безводные простые соединения, главным образом Ca, Mg и Fe с комплексным анионом 2- . Менее распространены сложные карбонаты, содержащие добавочные анионы (OH) - , F - и Cl - . Среди наиболее распространённых безводных карбонатов различают карбонаты тригональной и ромбической сингоний. Карбонаты обычно имеют светлую окраску: белую, розовую, серую и т.д., исключение представляют карбонаты меди, имеющие зелёную или синюю окраску. Твёрдость карбонатов около 3-4.5; плотность невелика, за исключением карбонатов Zn, Pb и Ba.

Важным диагностическим признаком является действие на карбонаты кислот (HCl и HNO 3), от которых они в той или иной степени вскипают с выделением углекислого газа. По происхождению карбонаты осадочные (биохимические или химические осадки) или осадочно-метаморфические минералы; выделяются также поверхностные, характерные для зоны окисления и иногда низкотемпературные гидротермальные карбонаты.

Главные минералы-карбонаты

Многие из широко распространенных карбонатов, в особенности же кальцит, магнезит, сидерит, доломит, имеют сходные черты морфологии кристаллов, близкие физические свойства, встречаются в одинаковых агрегатах и часто имеют переменный химический состав. Поэтому бывает трудно, а порой невозможно различить их по внешним признакам, твердости, спайности. Издавна используется про­стой прием диагностики карбонатов по характеру их реакции с соляной кислотой. Для этого наносят каплю разбавленной (1: 10) кислоты на зерно карбоната. Каль­цит реагирует активно, и капля раствора вскипает от выделяющихся пузырьков СО2, доломит реагирует слабо, только в порошке, а магнезит - при нагревании.

Более надежные результаты дают следующие лабораторные исследования: точное определение их показателей преломления; проведение микрохимических реакций на отполированных пластинках пород с реактивами, красящими разные минералы в различные цвета; термический анализ (определение температуры разложения минерала, у каждого карбоната она своя); рентгеновские исследования.

Карбонатовые отложения

Самым распространённым карбонатом является кальцит. Прозрачный кальцит называют исландским шпатом, непрозрачный известковым шпатом. Кальцит формирует такие породы, как известняк и мел. Подавляющее количество кальцита сформировалось за счёт биогенного его накопления. В то же время известен и кальцит гидротермального происхождения. В почвах кальцит накапливается в результате реакции кальция, высвободившегося при выветривании, с углекислым газом почвенного воздуха; особенно часто богаты кальцитом почвы засушливых областей. Кальцит и доломит формируют мрамор. Сидерит типичный минерал болотных руд; достаточно редко отмечается его эндогенное происхождение. Малахит красивый поделочный камень; как и близкий к нему по составу и свойствам минерал азурит Сu3(СО3)2(ОН)2, он образуется на поверхности Земли в результате окисления сульфидов меди.

Применение карбонатов

Карбонаты кальция, магния, бария и др. применяют в строительном деле, в химической промышленности, оптике и др. В технике, промышленности и быту широко применяется сода (Na2CO3 и NaHCO3): при производстве стекла, мыла, бумаги, как моющее средство, при заправке огнетушителей, в кондитерском деле. Кислые карбонаты выполняют важную физиологическую роль, являясь буферными веществами, регулирующими постоянство реакции крови.

Водный раствор диоксида углерода обладает свойствами слабой кислоты: он окрашивает (очень слабо) лакмус в красный цвет. На основании этого свойства можно заключить, что в растворе диоксид углерода находится частично в форме угольной кислоты (Н 2 СО 3), которая в свою очередь частично диссоциирует на ионы:

СО 2 + Н 2 О ↔ Н 2 СО 3 ,

Н 2 СО 3 ↔ 2Н + + СО 3 2- .

Угольная кислота может реагировать с одним или двумя эквивалентами сильного основания, образуя первичные, или кислые карбонаты (гидрокарбонаты) и вторичные, или нейтральные (нормальные) карбонаты:

H 2 СО 3 + МOН → MHСО 3 + Н 2 О;

Н 2 СО 3 + 2МОH → М 2 СО 3 + 2Н 2 О.

Угольная кислота, как двухосновная кислота, диссоциирует в две стадии:

H 2 СО 3 ↔ Н + + HСО 3 —

НСО 3 — ↔ Н + + СО 3 2- .

Соли, угольной кислоты, карбонаты; в водном растворе гидролитически расщеплены. В их растворах устанавливаются равновесия:

M 2 CO 3 + H 2 O ↔ MOH + MHCO 3

MHCO 3 + H 2 O ↔ MOH + H 2 CO 3

Поэтому карбонаты обнаруживают щелочную реакцию, причем это справедливо не только для вторичных или «нейтральных», но и для первичных или «кислых» карбонатов (гидрокарбонатов). Только по отношению к таким индикаторам, для которых, как для фенолфталеина, цветовой переход щелочь → кислота протекает тогда, когда раствор является еще слабо основным, первичные карбонаты (гидрокарбонаты) реагируют на холоду (0 °С и немного выше) как «кислоты».

Гидролитическое расщепление (вторичного) карбоната натрия составляет, по данньм Аусрбаха, при 18 °С в 0,1 н. растворе 3,5 % в 0,01 н. − 12,4 %. В 0,1 н. растворе карбоната натрия концентрация гидроксид-ионов составляет, следовательно, при 18 °С 3,5-10 -3 моль/л. В растворе гидрокарбоната натрия он составляет при той же температуре 1,5∙10 -6 моль/л.

Известны первичные карбонаты (гидрокарбонаты) щелочных, щелочноземельных и некоторых других двухвалентных металлов. Все они легко растворимы в воде. Исключением является гпдрокарбонат натрия, на малой растворимости которого основан метод Сольве получения соды. При кипячении растворов гидрокарбонатов происходит превращение их в нормальные карбонаты с отщеплением СО 2 .

Вторичные или нормальные карбонаты, образуются главным образом одно- и двухвалентными металлами. Нормальные карбонаты, за исключением карбонатов щелочных металлов, трудно растворимы в воде.

Помимо карбонатов щелочных металлов, легко растворим также карбонат аммония. Достаточно легко растворим и карбонат одновалентого таллия.

Все карбонаты разлагаются нелетучими кислотами. Очень слабые кислоты (такие, как борная и кремневая, и соответственно их ангидриды) разлагают карбонаты только при прокаливании.

Карбонаты щелочных металлов можно расплавить без разложения. Прочие карбонаты разлагаются при нагревании, отщепляя СО 2: М 2 СО 3 = М 2 О + СО 2 .

Этому разложению способствует удаление образующейся СО 2 (понижение давления) или устранение оксида М 2 О из смеси. Последнее можно достигнуть добавлением термостойкой кислоты или ее ангидрида, например SiO 2 , которая образует соль с основным оксидом. На этом свойстве основано разложение карбонатов при прокаливании их с ангидридами очень слабых, однако термостойких кислот, таких, как борная и кремневая.

Карбоновыми кислотами называют соединения, в которых содержится карбоксильная группа:

Карбоновые кислоты различают:

• одноосновные карбоновые кислоты;
• двухосновные (дикарбоновые) кислоты (2 группы СООН ).

В зависимости от строения карбоновые кислоты различают:

• алифатические;
• алициклические;
• ароматические.

Примеры карбоновых кислот.

Получение карбоновых кислот.

1. Окисление первичных спиртов перманганатом калия и дихроматом калия:

2. Гибролиз галогензамещенных углеводородов, содержащих 3 атома галогена у одного атома углерода:

3. Получение карбоновых кислот из цианидов:

При нагревании нитрил гидролизуется с образованием ацетата аммония:

При подкисления которого выпадает кислота:

4. Использование реактивов Гриньяра:

5. Гидролиз сложных эфиров:

6. Гидролиз ангидридов кислот:

7. Специфические способы получения карбоновых кислот:

Муравьиная кислота получается при нагревании оксида углерода (II) с порошкообразным гидроксидом натрия под давлением:

Уксусную кислоту получают каталитическим окислением бутана кислородом воздуха:

Бензойную кислоту получают окислением монозамещенных гомологов раствором перманганата калия:

Реакция Каннициаро . Бензальдегид обрабатывают 40-60% раствором гидроксида натрия при комнатной температуре.

Химические свойства карбоновых кислот.

В водном растворе карбоновые кислоты диссоциируют:

Равновесие сдвинуто сильно влево, т.к. карбоновые кислоты являются слабыми.

Заместители влияют на кислотность вследствие индуктивного эффекта. Такие заместители оттягивают электронную плотность на себя и на них возникает отрицательный индуктивный эффект (-I). Оттягивание электронной плотности приводит к повышению кислотности кислоты. Электронодонорные заместители создают положительный индуктивный заряд.

1. Образование солей. Реагирование с основными оксидами, солями слабых кислот и активными металлами:

Карбоновые кислоты - слабые, т.к. минеральные кислоты вытесняют их из соответствующих солей:

2. Образование функциональных производных карбоновых кислот:

3. Сложные эфиры при нагревании кислоты со спиртом в присутствие серной кислоты - реакция этерификации:

4. Образование амидов, нитрилов:

3. Свойства кислот обуславливаются наличием углеводородного радикала. Если протекает реакция в присутствие красного фосфора, то образует следующий продукт:

4. Реакция присоединения.

8. Декарбоксилирование. Реакцию проводят сплавлением щелочи с солью щелочного металла карбоновой кислоты:

9. Двухосновная кислота легко отщепляет СО 2 при нагревании:

Дополнительные материалы по теме: Карбоновые кислоты.