Το ανθρακικό οξύ, το οποίο είναι ένα υδατικό διάλυμα διοξειδίου του άνθρακα, μπορεί να αλληλεπιδράσει με βασικά και αμφοτερικά οξείδια, αμμωνία και αλκάλια. Ως αποτέλεσμα της αντίδρασης, λαμβάνονται μέτρια άλατα - ανθρακικά, και με την προϋπόθεση ότι το ανθρακικό οξύ λαμβάνεται σε περίσσεια - διττανθρακικά. Στο άρθρο θα εξοικειωθούμε με τις φυσικές και χημικές ιδιότητες του διττανθρακικού μαγνησίου, καθώς και με τα χαρακτηριστικά της κατανομής του στη φύση.
Ποιοτική αντίδραση για διττανθρακικό ιόν
Τόσο τα μέτρια όσο και τα όξινα άλατα, το ανθρακικό οξύ αλληλεπιδρούν με τα οξέα. Ως αποτέλεσμα της αντίδρασης, απελευθερώνεται διοξείδιο του άνθρακα. Η παρουσία του μπορεί να ανιχνευθεί περνώντας το συλλεγμένο αέριο μέσα από ένα διάλυμα ασβεστόνερου. Παρατηρείται θολότητα λόγω της καθίζησης ενός αδιάλυτου ιζήματος ανθρακικού ασβεστίου. Η αντίδραση δείχνει πώς αντιδρά το διττανθρακικό μαγνήσιο, που περιέχει το ιόν HCO3-.
Αλληλεπίδραση με άλατα και αλκάλια
Πώς συμβαίνουν οι αντιδράσεις ανταλλαγής μεταξύ διαλυμάτων δύο αλάτων που σχηματίζονται από οξέα διαφορετικής ισχύος, για παράδειγμα, μεταξύ χλωριούχου βαρίου και ενός οξέος άλατος μαγνησίου; Συνοδεύεται από το σχηματισμό ενός αδιάλυτου άλατος - ανθρακικού βαρίου. Τέτοιες διεργασίες ονομάζονται αντιδράσεις ανταλλαγής ιόντων. Τελειώνουν πάντα με το σχηματισμό ενός ιζήματος, ενός αερίου ή ενός προϊόντος ελαφράς διάσπασης, του νερού. Η αντίδραση ενός αλκαλίου υδροξειδίου του νατρίου και διττανθρακικού μαγνησίου οδηγεί στο σχηματισμό ενός μέσου άλατος ανθρακικού μαγνησίου και νερού. Ένα χαρακτηριστικό της θερμικής αποσύνθεσης των ανθρακικών αμμωνίων είναι ότι, εκτός από την εμφάνιση αλάτων οξέος, απελευθερώνεται και αέρια αμμωνία. Τα άλατα του ανθρακικού οξέος, όταν θερμαίνονται έντονα, μπορούν να αλληλεπιδράσουν με αμφοτερικά οξείδια, όπως ο ψευδάργυρος ή το οξείδιο του αργιλίου. Η αντίδραση προχωρά με το σχηματισμό αλάτων - αργιλικού μαγνησίου ή ψευδαργύρου. Τα οξείδια που σχηματίζονται από μη μεταλλικά στοιχεία είναι επίσης ικανά να αντιδρούν με όξινο ανθρακικό μαγνήσιο. Νέο αλάτι, διοξείδιο του άνθρακα και νερό βρίσκονται στα προϊόντα αντίδρασης.
Ορυκτά διαδεδομένα στον φλοιό της γης - ασβεστόλιθος, κιμωλία, μάρμαρο, αλληλεπιδρούν με το διοξείδιο του άνθρακα διαλυμένο στο νερό για μεγάλο χρονικό διάστημα. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζονται όξινα άλατα - διττανθρακικά μαγνήσιο και ασβέστιο. Όταν αλλάζουν οι περιβαλλοντικές συνθήκες, για παράδειγμα, όταν η θερμοκρασία αυξάνεται, συμβαίνουν αντίστροφες αντιδράσεις. Τα μέτρια άλατα, που κρυσταλλώνονται από νερό με υψηλή συγκέντρωση διττανθρακικών, συχνά σχηματίζουν παγάκια από ανθρακικά - σταλακτίτες, καθώς και αναπτύξεις με τη μορφή πύργων - σταλαγμιτών σε ασβεστολιθικά σπήλαια.
Σκληρότητα νερού
Το νερό αλληλεπιδρά με άλατα που περιέχονται στο έδαφος, όπως το διττανθρακικό μαγνήσιο, ο τύπος του οποίου είναι Mg(HCO3)2. Τα διαλύει, και γίνεται άκαμπτη. Όσο περισσότερες ακαθαρσίες, τόσο χειρότερα βράζουν τα προϊόντα σε τέτοιο νερό, η γεύση και η θρεπτική τους αξία επιδεινώνονται απότομα. Τέτοιο νερό δεν είναι κατάλληλο για πλύσιμο μαλλιών και για πλύσιμο ρούχων. Το σκληρό νερό είναι ιδιαίτερα επικίνδυνο για χρήση σε εγκαταστάσεις ατμού, καθώς τα διττανθρακικά ασβέστιο και μαγνήσιο που είναι διαλυμένα σε αυτό καθιζάνουν κατά τη διάρκεια του βρασμού. Σχηματίζει ένα στρώμα αλάτων που δεν μεταφέρει καλά τη θερμότητα. Αυτό είναι γεμάτο με αρνητικές συνέπειες όπως η υπερβολική κατανάλωση καυσίμου, καθώς και η υπερθέρμανση των λεβήτων, που οδηγεί σε φθορά και ατυχήματα.
Σκληρότητα μαγνησίου και ασβεστίου
Αν υπάρχουν ιόντα ασβεστίου σε ένα υδατικό διάλυμα μαζί με ανιόντα HCO3-, τότε προκαλούν σκληρότητα ασβεστίου, εάν κατιόντα μαγνησίου - μαγνήσιο. Η συγκέντρωσή τους στο νερό ονομάζεται ολική σκληρότητα. Με παρατεταμένο βρασμό, τα διττανθρακικά μετατρέπονται σε κακώς διαλυτά ανθρακικά, τα οποία καθιζάνουν ως ίζημα. Ταυτόχρονα, η συνολική σκληρότητα του νερού μειώνεται με δείκτη ανθρακικής ή προσωρινής σκληρότητας. Τα κατιόντα ασβεστίου σχηματίζουν ανθρακικά άλατα - μέτρια άλατα, και τα ιόντα μαγνησίου αποτελούν μέρος του υδροξειδίου του μαγνησίου ή του βασικού άλατος - υδροξειδίου του ανθρακικού μαγνησίου. Ειδικά, η υψηλή ακαμψία είναι εγγενής στα νερά των θαλασσών και των ωκεανών. Για παράδειγμα, στη Μαύρη Θάλασσα, η σκληρότητα του μαγνησίου είναι 53,5 mg-eq / l και στον Ειρηνικόωκεανός – 108 mg-eq/l. Μαζί με τον ασβεστόλιθο, ο μαγνησίτης βρίσκεται συχνά στο φλοιό της γης - ένα ορυκτό που περιέχει ανθρακικό και διττανθρακικό νάτριο και μαγνήσιο.
Μέθοδοι αποσκλήρυνσης νερού
Πριν χρησιμοποιήσετε νερό, του οποίου η συνολική σκληρότητα υπερβαίνει τα 7 mg-eq/l, θα πρέπει να απαλλαγείτε από τα υπερβολικά άλατα - να μαλακώσετε. Για παράδειγμα, μπορεί να προστεθεί υδροξείδιο του ασβεστίου, σβησμένος ασβέστης. Εάν προστεθεί σόδα ταυτόχρονα, τότε μπορείτε να απαλλαγείτε από τη σταθερή (μη ανθρακική) σκληρότητα. Χρησιμοποιούνται επίσης πιο βολικές μέθοδοι που δεν απαιτούν θέρμανση και επαφή με μια επιθετική ουσία - αλκάλιο Ca(OH)2. Αυτά περιλαμβάνουν τη χρήση κατιονανταλλακτών.
Η αρχή λειτουργίας του κατιονανταλλάκτη
Αλουμινοπυριτικά και συνθετικές ρητίνες ανταλλαγής ιόντων είναι κατιονανταλλάκτες. Περιέχουν κινητά ιόντα νατρίου. Περνώντας νερό μέσα από φίλτρα με ένα στρώμα στο οποίο βρίσκεται ο φορέας - ένας εναλλάκτης κατιόντων, τα σωματίδια νατρίου θα μετατραπούν σε κατιόντα ασβεστίου και μαγνησίου. Τα τελευταία δεσμεύονται από τα ανιόντα του εναλλάκτη κατιόντων και συγκρατούνται σταθερά σε αυτόν. Εάν υπάρχει συγκέντρωση ιόντων Ca2+ και Mg2+ στο νερό, τότε θα είναι σκληρό. Για να αποκατασταθεί η δραστηριότητα του εναλλάκτη ιόντων, οι ουσίες τοποθετούνται σε διάλυμα χλωριούχου νατρίου και συμβαίνει η αντίστροφη αντίδραση - τα ιόντα νατρίου αντικαθιστούν τα κατιόντα μαγνησίου και ασβεστίου που έχουν προσροφηθεί στον κατιονανταλλάκτη. Ανακαινισμένος εναλλάκτης ιόντων έτοιμος ξανά για διαδικασία αποσκλήρυνσης σκληρού νερού.
Ηλεκτρολυτική διάσταση
Τα περισσότερα από τα άλατα του μέσου και τα όξινα μέσασε υδατικά διαλύματα, διασπάται σε ιόντα, όντας αγωγός δεύτερου είδους. Δηλαδή, η ουσία υφίσταται ηλεκτρολυτική διάσταση και το διάλυμά της είναι ικανό να μεταφέρει ηλεκτρικό ρεύμα. Η διάσταση του διττανθρακικού μαγνησίου οδηγεί στην παρουσία κατιόντων μαγνησίου και αρνητικά φορτισμένων ιόντων συμπλόκου του υπολείμματος ανθρακικού οξέος στο διάλυμα. Η κατευθυνόμενη κίνησή τους σε αντίθετα φορτισμένα ηλεκτρόδια προκαλεί την εμφάνιση ηλεκτρικού ρεύματος.
Υδρόλυση
Οι αντιδράσεις ανταλλαγής μεταξύ αλάτων και νερού, που οδηγούν στην εμφάνιση ενός αδύναμου ηλεκτρολύτη, είναι η υδρόλυση. Έχει μεγάλη σημασία όχι μόνο στην ανόργανη φύση, αλλά είναι επίσης η βάση για το μεταβολισμό των πρωτεϊνών, των υδατανθράκων και των λιπών στους ζωντανούς οργανισμούς. Διττανθρακικό κάλιο, μαγνήσιο, νάτριο και άλλα ενεργά μέταλλα, που σχηματίζονται από ένα ασθενές ανθρακικό οξύ και μια ισχυρή βάση, υδρολύονται πλήρως σε ένα υδατικό διάλυμα. Όταν προστεθεί άχρωμη φαινολοφθαλεΐνη, ο δείκτης γίνεται κατακόκκινος. Αυτό υποδηλώνει την αλκαλική φύση του περιβάλλοντος, λόγω της συσσώρευσης περίσσειας συγκέντρωσης ιόντων υδροξειδίου.
Ο πορφυρός λίθος σε υδατικό διάλυμα όξινου άλατος ανθρακικού οξέος γίνεται μπλε. Μια περίσσεια σωματιδίων υδροξυλίου σε αυτό το διάλυμα μπορεί επίσης να ανιχνευθεί χρησιμοποιώντας έναν άλλο δείκτη - το πορτοκαλί μεθυλίου, που αλλάζει το χρώμα του σε κίτρινο.
Ο κύκλος των αλάτων του ανθρακικού οξέος στη φύση
Η ικανότητα των διττανθρακικών να διαλύονται στο νερό αποτελεί τη βάση της συνεχούς κίνησής τους στην άψυχη και ζωντανή φύση. Τα υπόγεια ύδατα, κορεσμένα με διοξείδιο του άνθρακα, διαρρέουν τα στρώματα του εδάφουςπου αποτελείται από μαγνησίτη και ασβεστόλιθο. Το νερό με διττανθρακικό και μαγνήσιο εισέρχεται στο εδαφικό διάλυμα και στη συνέχεια μεταφέρεται σε ποτάμια και θάλασσες. Από εκεί εισέρχονται όξινα άλατα στους οργανισμούς των ζώων και πηγαίνουν στην κατασκευή του εξωτερικού τους (κελύφη, χιτίνη) ή εσωτερικού σκελετού τους. Σε ορισμένες περιπτώσεις, υπό την επίδραση της υψηλής θερμοκρασίας του θερμοπίδακα ή των πηγών αλατιού, τα υδρογονανθρακικά άλατα αποσυντίθενται, απελευθερώνοντας διοξείδιο του άνθρακα και μετατρέπονται σε κοιτάσματα ορυκτών: κιμωλία, ασβεστόλιθος, μάρμαρο.
Στο άρθρο, μελετήσαμε τα χαρακτηριστικά των φυσικών και χημικών ιδιοτήτων του διττανθρακικού μαγνησίου και ανακαλύψαμε τους τρόπους σχηματισμού του στη φύση.
