Синтез и обнаружение диоксида углерода

Угольная кислота слабая, очень неустойчива и даже в растворе отщепляет воду, переходя в газ СО₂, поэтому его можно получить, действуя, например, раствором HCl на CaCО₃.

Данная реакция является также качественной на карбонат-ионы. Их присутствие считают установленным, если при добавлении соляной кислоты к анализируемой пробе выделяются пузырьки газа (без запаха), которые проходя через «известковую воду» (насыщенный раствор Ca(ОН)₂), вызывают ее помутнение:

.

Если же пропускать СО₂ через «известковую воду» достаточно долго, то осадок СаСО₃ растворяется из-за перехода в кислую соль Са(НСО₃)₂. Эта реакция осуществляется под землей, где природная вода насыщена углекислым газом, а при выходе раствора на поверхность идет обратный процесс:

.

В промышленности СО₂ получается как дополнительный продукт при термическом разложении известняка СаСО₃.

6.5.4. Применение СО₂ и проблемы его утилизации

Углекислый газ применяют достаточно широко. Для получения газированных напитков и в производстве соды; в качестве инертной среды; для организации безопасных взрывов и тушения пожаров (ибо в углекислом газе горят только такие активные металлы, как магний или алюминий). В атмосфере СО₂ лучше сохраняются овощи, а при их выращивании в теплицах углекислый газ является хорошим газовым удобрением и т.д. В виде же «сухого льда» СО₂ используют для охлаждения продуктов и рассеивания туманов. С другой стороны, из-за интенсивного сжигания топлива в последние десятилетия содержание СО₂ в атмосфере повышается (уже возросло с 0, 03 % до 0, 06 % в промышленных районах). Это, по мнению ряда ученых, приводит к потеплению климата, результатом чего может быть не только утрата части суши (из-за таяния вечных льдов) и учащение стихийных бедствий, но даже изменение суточного вращения Земли (последствия чего трудно даже предсказать). Так что существует проблема связывания СО₂.

Ученые ищут способы, которые позволили бы превращать углекислый газ в ценные органические вещества, как это делают растения благодаря наличию в них хлорофилла. (Круговорот С в природе показан на рис. 9). И одна из задач химии – создание катализаторов, подобных хлорофиллу, но достаточно дешевых.

Рис. 9. Круговорот углерода в природе

Отметим, что есть водяные бактерии, которые превращают углекислый газ в сахар, а сахар – в нефть. Подсчитали, что таким образом 1 га водоема может дать больше топлива (а значит, связать больше СО₂), чем 1 га суши с самыми перспективными растениями. Так что может быть стоит заняться разведением этих микробов. А пока предлагается производственные отходящие газы, содержащие СО₂, пропускать через раствор щелочи:

. (1)

При этом СО₂ поглощается достаточно полно, ибо равновесие (1) смещено вправо. И одновременно получается ценный продукт – питьевая сода.

Карбонаты и их применение. Соли угольной кислоты гораздо устойчивее к отщеплению СО₂, чем сама кислота, и все выделены в свободном состоянии. Из средних солей хорошо растворимы лишь карбонаты ЩМ. Причем не только карбонаты, но и гидрокарбонаты ЩМ, гидролизуясь по аниону, создают щелочную среду. Благодаря, в частности этому, соли натрия и калия, выпускаемые содовым производством, находят широкое применение.

Например, питьевая сода (NaHCO₃) используется в медицине (от изжоги). В еще больших масштабах применяется поташ К₂СО₃ и особенно (как более дешевый продукт) кальцинированная сода Na₂CO₃ (получается кальцинацией, т.е. прокаливанием, NaHCO₃): в качестве стиральных порошков, для изготовления стекла, мыла и др. Поэтому содовое производство – одно из крупнейших в химической промышленности.

На практике широко используются и малорастворимые природные карбонаты кальция: известняк (для получения СаО и СО₂ и в качестве строительного камня), мрамор (как облицовочная плитка), мел (для побелки) и др.

6.6. Кислородосодержащие соединения кремния.
Стекло. Цемент