Угольная кислота: описание, свойства и реакции, применение

Угольная кислота – это органическое нестабильное соединение, быстро разлагающееся на углекислый газ и воду. В природе не встречается, может быть синтезировано в лабораторных условиях. Вещество применяется в промышленности в качестве реагента, для насыщения пузырьками питьевых жидкостей, в биохимии для идентификации ферментной реакции и контроля её хода в режиме реального времени. Угольная кислота необходима для производства морозильников, холодильных агентов, солнечных батарей.

Что такое угольная кислота

Угольная кислота представляет собой двухосновную карбоновую кислоту, имеющую пару гидроксильных группировок (-OH), присоединённых к углеродному атому. Формально она содержит карбоксильную группу -COOH. В природе углекислота не существует и моментально разлагается на оксид, синтезированная в вакууме в безводных условиях довольно стабильна и отличается высокими показателями устойчивости к агрессивным воздействиям окружающей среды.

Впервые угольную кислоту получил британский естествоиспытатель Джозеф Пристли в конце 18 века, растворив диоксид углерода в водной среде. После этого содовая получила широкое распространение и возникла необходимость в промышленной выработке ценного вещества.

Физические свойства, внешний вид, формула

Формула угольной кислоты

Структурная формула и молекула угольной кислоты

Угольная кислота — это равновесный раствор, в котором преобладает разложение с образованием двуокиси углерода. Химическая формула кислоты – H2CO3. Молекула располагается в пространстве на плоскости. Положение отдельных функциональных частей описывается sp2– гибридизацией – перекрывание атомных орбиталей (область пребывания электрона, электронное облако) – sp и p. Sp2-разновидность предполагает накладывание p-орбиталей и одной sp, они направлены к вершине треугольника под углом 120 °.

Ангидрид имеет вид твёрдых кристаллов без цвета и запаха с характерным кисловатым вкусом. Переходит из твёрдого состояния в газообразное при -30 °С. Не подвержен ультрафиолетовому излучения, избыточной влажности при низких отрицательных температурах. При подогревании дестабилизируется, в дальнейшем отмечается термолиз.

Химические свойства, реакции

Растворы угольной кислоты реагируют с активными металлами щелочноземельного ряда и соответствующими гидроксидами, образуя карбонаты:

H2CO3 + Ca → CaCO3 + H2

Угольная кислота проявляет типичные для кислот свойства, взаимодействуя с основными оксидами. Оксид кальция переходит в соль угольной кислоты:

H2CO3 + CaO → CaCO3 + H2O

Схожие продукты наблюдаются при взаимодействии с гидроксидом кальция:

H2CO3 + Ca(OH)2 → CaCO3↓ + 2H2O

Угольная кислота реагирует с гидроксидами, давая начало бикарбонатам:

H2CO3 + NaOH → NaHCO3 + H2O

Реакция с гидроксидом может пойти и по другому пути, в результате выделяется карбонат:

H2CO3 + NaOH → Na2CO3 + H2O

Другие соли угольной кислы формируются при смешивании её растворов с карбонатами:

H2CO3 + CaСO3 → Ca(HCO3)2

Раствор угольной кислоты реагирует с силикатами, образуется осадок кремневой кислоты:

H2CO3 + Na2SiO3 → H2SiO3↓ + Na2CO3

Термолиз либо смешивание с жидкостью приводит к распадению, оксид улетучивается:

H2CO3 → CO2↑ + H2O

Диссоциация (расщепление на ионы) идёт в несколько обратимых этапов:

  1. H2CO3 → H+ + HCO3
    Первая ступень приводит к образованию протонов водорода и гидрокарбонат-иона, заряженного отрицательно.
  1. HCO3 → H+ + CO32-

Вторая, заключительная, стадия характеризуется образованием карбонат-иона, который имеет не поделённые электроны.

Индикатором произошедшей диссоциации служит покрасневшая лакмусовая бумажка. Посредством лакмуса – красящего пигмента, нанесённого на целлюлозу, известен в химии как pH-индикатор, краснеющий в кислой среде и синеющий – в щелочной. Высокая концентрация положительно заряженного водорода способствует закислению.

Получение, уравнение угольной кислоты

Угольная кислота

Безводная угольная кислота

В лаборатории раствор угольной кислоты производится посредством растворения соответствующего оксида:

CO2 + H2O → CO2 ∙ H2O → H2CO3

Реально получение угольной кислоты из ее солей через добавление к ним более сильных кислот, металлы вытесняются, отделяется белёсый осадок, раствор мутнеет, образуется взвесь мелкодисперсных хлопьев:

Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + H2CO3

Поскольку в растворенной форме она не способна существовать долгое время, запускается реакция разложения.

В промышленных условиях получение ведётся, как правило, через низкопроцентные газы. Для этого используют соду, а также поташ, обработку гидроксидами. Протекает реакция обмена, формируется раствор угольной кислоты.

Применение

Угольная кислота нашла широкое применение в связи с быстрым распадом на составные элементы. Часто используется для обогащения пузырьками лимонадов. В тяжёлой промышленности выполняет роль охлаждающего наполнителя холодильных машин, в садоводстве применяется как эффективное удобрение, регулирующее углеводное питание растений. Необходима в альтернативной энергетике, основной ресурс которой – солнечное излучение. Важна для органического синтеза, с помощью свойства давления газов пропорционально смещающемуся водородному показателю (pH).

Применение в пищевой промышленности

Раствор угольной кислоты пригоден для изготовления газированных напитков, поскольку сам диоксид трудно растворим при механической газации. Ее можно встретить в составе такой продукции как:

  • фруктовые и минеральные напитки;
  • лимонады;
  • искусственно газированные вина;
  • алкоголь (шампанское);

Нередко насыщение ведут химическим способом, в результате реакции брожения углекислота выделяется микроорганизмами, дрожжами, бактериями. По свойствам она практически не отличается от синтетической, менее интенсивна. Ее встречают в следующих продуктах:

  • хлебный квас;
  • пиво;
  • игристые вина;
  • чайный гриб;
  • сидр.

Угольная кислота не проявляет дезинфицирующих свойств, т.к. не подавляет рост и жизнедеятельность патогенной микрофлоры и грибков, не сдвигает показатель кислотности среды, не служит консервантом.

Применение в сельском хозяйстве и других сферах

Угольная кислота – качественное удобрение, восполняющие дефицит углерода в растительном организме. Оно необходимо на бедных, истощенных почвах. Подкармливать культуры, склонные к недостатку азота, углекислотой не следует, поскольку она ухудшает усвоение этого макроэлемента. Внесение его в почву приемлемо под такие растения:

  • картофель;
  • перцы;
  • томаты;
  • огурцы;
  • плодовые деревья;
  • декоративные цветы;
  • ягодные кустарники: смородина, малина, крыжовник;
  • виноград;
  • клубника.

Возможно два способа удобрения: внекорневое и прикорневое. Первый метод заключается в опрыскивании листьев в разгар вегетации либо сбрызгивании взошедших ростков. Второй предполагает полив под корень. Удобрять желательно до завязывания плодов и цветения, весной, в начале осени. Угольная кислота оказывает мощное комплексное влияние на состояние растительности:

  1. Повышается прочность стеблей, побегов.
  2. Интенсифицируется иммунный ответ, устойчивость к насекомым-вредителям, грибковым заболеваниям.
  3. Ускоряется процесс формирования плодов, вкусовые качества становятся лучше за счёт накопления углеводов.
  4. Обеспечивает стойкое, яркое и продолжительное цветение.
  5. Улучшается засухоустойчивость, холодостойкость, ветроустойчивость.

Для получения наилучшего эффекта после применения угольной кислоты необходимо обильно рыхлить почву, создавая приток кислорода воздуха к корневой системе.

Угольная кислота — это предшественник многих ценных соединений. Она нужна для синтеза литиевой соли, востребованной для керамики и ракетных двигателей, многих гидроксидов. Сегодня распространены натуральные хладагенты, один из которых основан на производном углекислоты.

Где купить и сколько стоит

Угольная кислота продаётся заводами-производителями по цене от 70 рублей за 1 литр. Российских рынок чаще занимают зарубежные компании. Реактив можно приобрести в интернет-магазинах, специализирующихся на реагентах. Стоимость 100 мл порядка 300 рублей.

Заключение

Угольная кислота – это вещество, которое интенсивно разлагается при нагревании либо растворении. Активно используется для неорганического синтеза, биохимических исследований, в огородничестве для улучшения свойств почв и углеродного питания культурных растений. Является незаменимым компонентом керамопроизводства, пищевой индустрии, сталеварения, энергетической области.

Читайте также:

Сайт предоставляет информацию в справочных целях, только для ознакомления. Поставить диагноз и назначить адекватное лечение может только врач! Медикаменты и народные средства должны назначаться специалистом, так как имеют противопоказания и побочные действия! Посещение и консультации квалифицированного специалиста строго обязательны!
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...
Поделитесь
Читать еще

Быстрый тест на эрудицию, который не просто осилить

Всегда считалось престижную слыть эрудитом и мыслителем. Но эти качества встречаются не так часто, как хотелось бы. Мы предлагаем...

25 самых прочных металлов в мире

Пригодность металлов к применению в той или иной сфере определяется длинным перечнем характеристик: где-то нужны более прочные, где-то –...

Проверьте уровень своей эрудиции непростым тестом

Предлагаем вам проверить свои силы в нашем интересном тесте. Для того, чтобы достойно пройти это испытание, вам будет необходимо...

10 ошибок при ремонте ванной комнаты

При ремонте ванной комнаты важно продумать все до мелочей, поскольку ошибки могут привести к неудобствам в будущем. В худшем...

Технологии монолитного строительства: съемный и несъемный тип опалубки

Домостроение с использованием бетонной массы, загружаемой в опалубку, уверенно вытесняет блочное, кирпичное и панельное строительство. Установка формы – это...

Хлорид меди: свойства, получение, применение, инструкция

Хлорид меди – это соль, которая нашла широкое применение в промышленности. Её используют в металлургии для защиты металлов от...

Лабиопластика: что это, показания и противопоказания

Интимная пластика — одно из направлений пластической хирургии, целью которого является улучшение внешнего вида наружных половых органов. Подобные вмешательства...
0 Комментария

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector