Угольная кислота и ее соли

Растворяясь в воде, углекислый газ частично взаимодействует с ней, образуя угольную кислоту H₂CO₃; при этом устанавливаются равновесия:

К₁ = 4×10^-7 К₂ = 4,8×10^-11 – слабая, неустойчивая, кислородсодержащая, двухосновная кислота. Гидрокарбонаты растворимы в Н₂О. Карбонаты нерастворимы в воде, кроме карбонатов щелочных металлов, Li₂CO₃ и (NH₄)₂CO₃. Кислые соли угольной кислоты получают, пропуская избыток СО₂ в водный раствор карбоната:

,

либо постепенным (по каплям) добавлением сильной кислоты в избыток водного раствора карбоната:

Na₂CO₃ + HNO₃ ® NaHCO₃ + NaNO₃

При взаимодействии со щелочами или нагревании (прокаливании) кислые соли переходят в средние:

Соли гидролизуются по уравнению:

       I ступень

Из-за полного гидролиза из водных растворов нельзя выделить карбонаты Gr³⁺, Al³⁺, Ti⁴⁺, Zr⁴⁺ и др.

Практическое значение имеют соли - Na₂CO₃ (сода), CaCO₃ (мел, мрамор, известняк), K₂CO₃ (поташ), NaHCO₃ (питьевая сода), Са(НСО₃)₂ и Mg(HCO₃)₂ обусловливают карбонатную жесткость  воды.

Сероуглерод ( CS ₂ )

При нагревании (750-1000°С) углерод реагирует с серой, образуя сероуглерод, органический растворитель (бесцветная летучая жидкость, реакционноспособное вещество), огнеопасен и летуч.

Пары CS₂ – ядовиты, применяется для фумигации (окуривания) зернохранилищ против насекомых - вредителей, в ветеринарии служит для лечения аскаридоза лошадей. В технике – растворитель смол, жиров, йода.

С сульфидами металлов CS₂ образует соли тиоугольной кислоты – тиокарбонаты.

.

Эта реакция аналогична процессу

.

Тиокарбонаты – желтые кристаллические вещества. При действии на них кислот выделяется свободная тиоугольная кислота.

 

Она более стабильна чем Н₂СО₃ и при низкой температуре выделяется из раствора в виде желтой маслянистой жидкости, легко разлагающейся на:

Соединения углерода с азотом (СN)₂ или С₂N₂ – дициан, легко воспламеняющийся бесцветный газ. Чистый сухой дициан получают путем нагревания сулемы с цианидом ртути (II).

 

HgCl₂ + Hg(CN)₂ ® Hg₂Cl₂ + ( С N)₂

Другие способы получения:

4HCN _г + О ₂  2(CN)₂ +2H₂O

2HCN _г + С l₂ (CN)₂ + 2HCl

Дициан по свойствам похож на галогены в молекулярной форме X₂. Так в щелочной среде он, подобно галогенам, диспропорционирует:

( С N)₂ + 2NaOH = NaCN + NaOCN

Циановодород - НСN ( ), ковалентное соединение, газ, растворяющийся в воде с образованием синильной кислоты (бесцветная жидкость и ее соли чрезвычайно ядовиты). Получают:

 

Циановодород получают в промышленности по каталитическим реакциям.

.

Соли синильной кислоты – цианиды, подвержены сильному гидролизу. CN^- - ион изоэлектронный молекуле СО, входит как лиганд в большое число комплексов d-элементов.

Обращение с цианидами требует строгого соблюдения мер предосторожности. В сельском хозяйстве применяют для борьбы с особо опасными насекомыми – вредителями.   

Цианиды получают:

.

.

Соединения углерода с отрицательной степенью окисления:

1) ковалентные (SiC карборунд) ;

2) ионноковалентные;

3) металлические карбиды.

Ионноковалентные разлагаются водой с выделением газа, в зависимости от того какой выделяется газ, их делят на:

метаниды (выделяется СН₄)

ацетилениды (выделяется С₂Н₂)

Металлические карбиды – соединения стехиометрического состава образованные элементами 4, 7,8 групп посредством внедрения атомов Ме в кристаллическую решетку углерода.

 

Химия кремния

Отличие химии кремния от углерода обусловлено большими размерами его атома и возможностью использования 3d-орбиталей. Из-за этого связи Si – O - Si, Si - F более прочны, чем у углерода.

Для кремния известны оксиды состава SiO и SiO₂.Монооксид кремния существует только в газовой фазе при высоких температурах в инертной атмосфере; он легко окисляется кислородом с образованием более стабильного оксида SiO₂.

2SiO + О ₂ ^t ® 2SiO₂

SiO ₂ – кремнезем, имеет несколько кристаллических модификаций. Низкотемпературная – кварц, обладает пьезоэлектрическими свойствами. Природные разновидности кварца: горный хрусталь, топаз, аметист. Разновидности кремнезема – халцедон, опал, агат, песок.

Известно большое разнообразие силикатов (точнее оксосиликатов). В строении их общая закономерность: все состоят из тетраэдров SiO₄^4- которые через атом кислорода соединены друг с другом.

 

Сочетания тетраэдров могут соединяться в цепочки, ленты, сетки и каркасы.

Важные природные силикаты 3MgO×H₂O×4SiO₂ тальк, 3MgO×2H₂O×2SiO₂ асбест.

Как и для SiO₂ для силикатов характерно (аморфное) стеклообразное состояние. При управляемой кристаллизации можно получить мелкокристаллическое состояние – ситаллы – материалы повышенной прочности. В природе распространены алюмосиликаты – каркасные ортосиликаты, часть атомов Si заменены на Al, например Na₁₂[(Si,Al)O₄]₁₂.

Наиболее прочный галогенид SiF₄ разлагается только под действием электрического разряда.

 гексафторокремниевая кислота (по силе близка к H₂SO₄).

(SiS₂)_n – полимерное вещество, разлагается водой:

 

Кремниевые кислоты.

Соответствующие SiO₂ кремниевые кислоты не имеют определенного состава, обычно их записывают в виде xH₂O • ySiO₂ – полимерные соединения

Известны:

H₂SiO₃ (H₂O×SiO₂) – метакремниевая (не существует реально)

H₄SiO₄ (2H₂O×SiO₂) – ортокремниевая (простейшая реально существующая только в растворе)

H₂Si₂O₅ (H₂O×2SiO₂) – диметакремниевая.

Кремниевые кислоты – плохо растворимые вещества, для H₄SiO₄ характерно коллоидное состояние, как кислота слабее угольной (Si менее металличен, чем С).

В водных растворах идет конденсация ортокремневой кислоты, в результате образуются поликремниевые кислоты.

Силикаты – соли кремневых кислот, в воде нерастворимы, кроме силикатов щелочных металлов.

Растворимые силикаты гидролизуются по уравнению

Желеобразные растворы натриевых солей поликремневых кислот называются «жидким стеклом». Широко применяются как силикатный клей и в качестве консерванта древесины.

Сплавлением Na₂CO₃, CaCO₃ и SiO₂ получают стекло, которое является переохлажденным взаимным раствором солей поликремниевых кислот.

Силикат записан как смешанный оксид.

Силикаты больше всего используются в строительстве. 1 место в мире по выпуску силикатной продукции – цемент, 2-е – кирпич, 3 – стекло.

Строительная керамика – облицовочная плитка, керамические трубы. Для изготовления санитарно-технических изделий – стекло, фарфор, фаянс, глиняная керамика.