р елементи ІV групи (стр. 3 из 7)

Карбонат кальцію у воді не розчиняється. Тому вапняна вода (розчин гідроксиду кальцію) при пропусканні через неї діоксиду карбону стає каламутною:

Са (ОН)₂ + СО₂ = СаСО₃| + Н₂О.

Проте якщо пропускати СО₂ через вапняну воду довго, то каламутна спочатку рідина поступово світлішає і, нарешті, стає зовсім прозорою. Розчинення відбувається внаслідок утворення кислої солі — гідрокарбонату кальцію:

СаСО₃ + Н₂О + СО₂ = Са (НСО₃)₂.

Гідрокарбонат кальцію — речовина нестійка. При кип'ятінні розчину або тривалому його стоянні на повітрі гідрокарбонат розкладається з виділенням СО₂ й утворенням середньої солі.

Розчинністю гідрокарбонатів у воді пояснюється постійне пересування карбонатів у природі. Грунтові води, що містять СО₂, проходячи крізь грунт і особливо крізь шари вапняку, розчиняють карбонат кальцію і виносять його з собою у вигляді гідрокарбонату в струмки, ріки і моря. Звідти він потрапляє в організми морських тварин і йде на побудову їхніх скелетів або, виділяючи діоксид карбону, знову перетворюється на карбонат кальцію і відкладається у вигляді шарів.

Крім карбонату кальцію у природі у великій кількості зустрічається карбонат магнію MgCO₃, відомий під назвою магнезиту. Карбонат магнію, як і карбонат кальцію, легко розчиняється у воді, що містить СО_2.

Деякі карбонати є цінними рудами. їх використовують для добування металів, наприклад, шпатовий залізняк FeCO₃, галмей ZnCO₃.

Карбонат натрію, або сода, Na₂CO₃. У вигляді кристалогідрату сода відповідає формулі Na₂CO₃ * 10Н₂О. Але цей кристалогідрат легко вивітрюється — втрачає частину кристалізаційної води.

Сода один з найважливіших продуктів основної хімічної промисловості, її у великій кількості використовують скляна, миловарна, целюлозно-паперова, текстильна, нафтова та інші галузі промисловості; її також застосовують для добування різних солей натрію. Застосовується сода і в побуті, головним чином як миючий засіб.

Тепер соду добувають у промисловості аміачнохлоридним способом, що грунтується на утворенні гідрокарбонату натрію при реакції між хлоридом натрію і гідрокарбонатом амонію у водному розчині.

Концентрований розчин хлориду натрію насичують аміаком, а потім пропускають у нього під тиском діоксид карбону, який добувають при випалюванні вапняку. Під час взаємодії аміаку, діоксиду карбону води утворюється гідрокарбонат амонію:

NH₃ + СО₂ + Н₂О = NH₄HCO₃,

який, вступаючи в обмінну реакцію з хлоридом натрію, утворює хлорид амонію і гідрокарбонат натрію:

NH₄HCO₃ + NaCl = NaHCO₈| + NH₄C1.

Гідрокарбонат натрію порівняно мало розчиняється в холодній воді і виділяється у вигляді осаду, який відфільтровують.

При прожарюванні гідрокарбонат натрію розкладається на карбонат, воду і діоксид карбону, який знову надходить у виробництво:

2NaHCO₃= Na₂CO₃ + CO₂| + H₂O.

Нагріваючи розчин, що містить хлорид амонію, з гашеним вапном, виділяють аміак:

2NH₄CI+ Са (ОН)₂=2NH₃|+ СаС1₂ + 2Н₂О,

який також повертається у виробництво.

Отже, єдиним відходом виробництва є хлорид кальцію, що лишається у розчині після виділення аміаку і має обмежене застосування.

Добутий за аміачнохлоридним способом карбонат натрію не містить кристалізаційної води і називається кальцинованою содою.

Карбонат калію, або поташ, К₂СО₃ — це білий порошок, що розпливається у вологому повітрі і добре розчиняється у воді. Його застосовують для виготовлення мила, тугоплавкого скла, у фотографії. Поташ добувають дією діоксиду карбону на розчин гідроксиду калію, що утворюється під час електролізу розчину хлориду калію:

2КОН + СО₂ = К₂СО₃ + Н₂О.

Важлива для практичних потреб сполука — карбамід, або сечовина, CO(NH₂)₂утворюється при взаємодії діоксиду карбону з аміаком під тиском:

СО₂ + 2NH₃ = CO (NH₂)₂+ Н₂О.

Оксид карбону (II). Оксид карбону (II), або окис карбону, CO— безбарвний, отруйний газ, що конденсується в рідину лише при —192° С і твердне при —205° С. У воді оксид карбону розчиняється дуже мало і не вступає з нею в хімічну взаємодію. Шість валентних електронів атомів карбону і кисню розміщуються на трьох зв’язуючих молекулярних орбіталях, утворюючи потрійний зв'язок; цей зв'язок має високу міцність (1076 кДж/моль).

Утворення потрійного зв'язку в молекулі COможна пояснити методом ВЗ. За рахунок двох неспарених електронів, які є у кожному з взаємодіючих атомів

виникають два ковалентні зв'язки:

Як показує ця схема, одна з орбіталей зовнішнього електронного шару атома карбону лишається незайнятою електронами. Отже цей атом може бути акцептором електронної пари. Атом же кисню зберігає на одній з р-орбіталей неподілену електронну пару і, отже, має електроноподібні властивості. В результаті утворюється ще один ковалентний зв'язок — донорноакцепторний:

У молекулі, що утворилася таким способом, кожний з атомів має у зовнішньому шарі вісім електронів. Структуру молекули COможна подати схемою: С=О.

Тут стрілкою показано зв'язок, що утворився за донорноакцепторним

способом.

Розглянута реакція між карбоном та СО₂, що приводить до утворення оксиду карбону, відбувається у дуже великих масштабах у доменному процесі , а також у газогенераторах.

У лабораторіях оксид карбону (II) звичайно добувають, добавляючи відбирає від оцтової кислоти воду, виділяючи оксид карбону (ІІ):

НСООН = CO| + Н₂О.

Ця реакція показує, що оксид карбону (II) можна розглядати як ангідрид оцтової кислоти. Хоча оцтову кислоту не можна добути безпосередньо з оксиду карбону (II) і води, її солі утворюються при взаємодії їдких лугів з оксидом карбону при 150—200° С:

NaOH + CO = HCOONa.

На повітрі оксид карбону горить голубуватим полум'ям з виділенням великої кількості теплоти, перетворюючись в СО₂:

2СО + О₂ = 2СО₂ + 566 кДж.

На сонячному світлі або при наявності активованого вугілля (каталізатор) оксид карбону безпосередньо сполучається з хлором, утворюючи дуже отруйний газ — фосген:

CO+ С1₂ = СОС1₂.

Фосген — важливий промисловий продукт. Його застосовують для виробництва ряду органічних і неорганічних речовин, наприклад

барвників.

Оксид карбону (II) сполучається з багатьма металами, утворюючи карбоніли металів, наприклад карбоніл феруму Fe(CO)₆, карбоніл нікелю Ni(CO)₄. Останні дві речовини — це леткі, дуже отруйні рідини. Більшість карбонілів металів — кристалічні речовини. Найбільше практичне значення мають карбоніли нікелю, кобальту і феруму. їх застосовують для добування металів високої чистоти ,нанесення металічних покриттів; крім того, вони є каталізаторами багатьох важливих хімічних реакцій.

Хімічні зв'язки в молекулах карбонілів металів утворені за донорно-акцепторним способом і за рахунок неспарених електронних пар молекули CO та вільних орбіталей збудженого атома металу. Наприклад, у збудженого атома феруму є п'ять незайнятих орбіталей:

Тому молекула карбонілу феруму має склад, що відповідає формулі

Fe (CO)₅.

При підвищеній температурі оксид карбону (II) — добрий відновник, що відіграє важливу роль у металургії при відновленні металів з їхніх оксидів. Його використовують також як газоподібне паливо. Крім того, COє однією з вихідних речовин у виробництві ряду органічних сполук.

Оксид карбону дуже отруйний і особливо небезпечний тим, що не має запаху; тому отруєння ним може статися непомітно. Отруйна дія оксиду карбону, відома під назвою чаду, пояснюється тим, що CO легко сполучається з гемоглобіном крові і робить його нездатним переносити кисень від легень до тканин. Якщо вдихати свіже повітря, то утворена сполука (карбоксигемоглобін) поступово руйнується, і гемоглобін відновлює здатність вбирати кисень.

Сполуки карбону з сульфуром і нітрогеном. З сполук карбону з сульфуром і нітрогеном велике практичне значення мають сульфід карбону CS₂ та ціаністоводнева (синильна) кислота HCN.

Сульфід карбону CS₂ добувають пропусканням пари сульфуру крізь шар розжареного карбону. Це безбарвна летка рідина, що сильно заломлює світло, кипить при 46° С. При тривалому зберіганні сульфід карбону стає жовтим і набуває неприємного запаху.

Сульфід карбону отруйний і легко загоряється. У ньому добре розчиняються сульфур, фосфор, йод, різні жири і смолисті речовини.

Ціаністоводнева кислота HCN. При високій температурі, наприклад в електричній дузі, карбон може безпосередньо сполучатися з нітрогеном, утворюючи безбарвний отруйний газ диціан, молекулярна маса якого відповідає формулі C₂N₂. За своїми хімічними властивостями диціан трохи схожий на галогени. Подібно до них, він утворює сполуку з гідрогеном HCN, що має кислотні властивості і дістала назву ціаністоводневої, або синильної, кислоти.

Ціаністоводнева кислота—безбарвна, дуже летка рідина, кипить при 26,7° С і має характерний запах гіркого мигдалю.

У водному розчині ціаністоводнева кислота лише незначною міроюдисоціює на іони

(К = 8 • 10^-10).