Твердый СO2 возгоняется уже при низких температурах. Мало растворим в воде (O,88 л/1 л Н2O при 20 °C); образует моногидрат, который медленно изомеризуется (на 0,4 %) в угольную кислоту. Реагирует со щелочами. Восстанавливается магнием и кальцием. Из воздуха удаляется при контакте с пероксидом натрия (одновременно регенерируется кислород).
Простейшая качественная реакция – угасание горящей древесной лучинки в атмосфере СO2.
Применяется в многотоннажных производствах соды, сахара и карбамида, в пищевой промышленности для газирования безалкогольных напитков и как хладагент.
Содержится в воздухе (0,03 % по объему), воде минеральных источников. Не поддерживает горение и дыхание. Ассимилируется зелеными растениями при фотосинтезе (с помощью хлорофилла и под воздействием солнечных лучей). Ядовит при содержании в воздухе свыше 15 % по объему.
Уравнения важнейших реакций:
Получение в промышленности – при полном сгорании кокса (см.) или при обжиге известняка:
СаСO3 = СаО + СO2 (900—1200 °C)
в лаборатории – при обработке карбонатов (например, кусочков мрамора СаСO3) сильными кислотами:
СаСO3(т) + H2SO4 = CaSO4↓ + Н2O + CO2↑
Карбонат натрия Na2CO3. Оксосоль. Техническое название кальцинированная сода. Белый, при нагревании плавится и разлагается. Чувствителен к влаге и углекислому газу в воздухе. Образует декагидрат (кристаллическая сода). Хорошо растворим в воде, гидролизуется по аниону, создает в растворе сильнощелочную среду. Разлагается сильными кислотами. Восстанавливается коксом. Вступает в реакции ионного обмена.
Качественная реакция на ион СО32- – образование белого осадка карбоната бария, разлагаемого сильными кислотами (НCl, HNO3) с выделением углекислого газа.
Применяется для синтеза соединений натрия, устранения «постоянной» жесткости пресной воды, в производстве стекла, мыла и других моющих средств, целлюлозы, минеральных красок, эмалей. В природе содержится в грунтовых рассолах, рапе соляных озер.
Уравнения важнейших реакций:
Получение в промышленности (способ Сольве, 1861–1863):
а) через насыщенный раствор NaCl пропускают смесь NH3 и СO2:
NaCl + NH3 + Н2O + СO2 = NH4Cl + NaHCO3↓
(в этих условиях питьевая сода малорастворима);
б) осадок NaHCO3 подвергают обезвоживанию (кальцинированию):
2NaHCO3 = Na2CO3 + Н2O + СO2
Карбонат калия К2СO3. Оксосоль. Техническое название поташ. Белый, гигроскопичный. Плавится без разложения, при дальнейшем нагревании разлагается. Чувствителен к влаге и углекислому газу в воздухе. Очень хорошо растворим в воде, гидролизуется по аниону, создает в растворе сильнощелочную среду. Разлагается сильными кислотами. Вступает в реакции ионного обмена.
Применяется в производстве оптического стекла, жидкого мыла, минеральных красок, многих соединений калия, как дегидратирующий агент.
Уравнения важнейших реакций:
Получение в промышленности:
а) нагревание сульфата калия [природное сырье – минералы каинит KMg(SO4)Cl ЗН2O и шёнит K2Mg(SO4)2 • 6Н2O] с гашёной известью Са(ОН)2 в атмосфере СО (давление = 15 атм):
K2SO4 + Са(ОН)2 + 2СО = 2K(HCOO) + CaSO4
б) прокаливание формиата калия К(НСОО) на воздухе:
2K(HCOO) + O2 = К2СO3 + Н2O + СO2
Гидрокарбонат натрия NaHCO3. Кислая оксосоль. Техническое название питьевая сода. Белый рыхлый порошок. При слабом нагревании разлагается без плавления, во влажном состоянии начинает разлагаться при комнатной температуре. Умеренно растворим в воде, гидролизуется по аниону в небольшой степени. Разлагается кислотами, нейтрализуется щелочами. Вступает в реакции ионного обмена.
Качественная реакция на ион НСОд – образование белого осадка карбоната бария при действии баритовой воды и разложение осадка сильными кислотами (НCl, HNO3) с выделением углекислого газа. Применяется в пищевой промышленности, как лекарственное средство.
Уравнения важнейших реакций:
Получение: насыщение раствора Na2CO3 (см.) углекислым газом.
Карбонат кальция СаСO3. Оксосоль. Распространенное природное вещество, главная составная часть осадочной горной породы – известняка (его разновидности – мел, мрамор, известковый туф, мергель), чистый СаСO3 в природе – это минерал кальцит. Белый, при прокаливании разлагается, плавится под избыточным давлением СO2. Нерастворим в воде (= 0,0007 г/100 г Н2O).
Реагирует с кислотами, солями аммония в горячем растворе, коксом. Переводится в раствор действием избытка углекислого газа с образованием гидрокарбоната Са(НСO3)2 (существует только в растворе), который определяет «временную» жесткость пресной воды (вместе с солями магния и железа). Устранение жесткости (умягчение воды) проводится кипячением или нейтрализацией гашёной известью.
Применяется для производства СаО, СO2, цемента, стекла и минеральных удобрений [в том числе известковой селитры Ca(NO3)2 4Н2O], как наполнитель бумаги и резины, строительный камень (щебень) и компонент бетона и шифера, в виде осажденного порошка – для изготовления школьных мелков, зубных порошков и паст, смесей для побелки помещений.
Уравнения важнейших реакций:
Кремний – элемент 3-го периода и IVA-группы Периодической системы, порядковый номер 14. Электронная формула атома [10Ne]3s23p2. Характерная степень окисления в соединениях +IV.
Шкала степеней окисления кремния:
Электроотрицательность кремния невысока для неметаллов (2,25). Проявляет неметаллические (кислотные) свойства; образует оксиды, кремниевые кислоты, очень большое число солей – силикатов в виде цепей, лент и трехмерных сеток тетраэдров [SiO4], бинарные соединения. В настоящее время широко развивается химия органических соединений кремния со связями Si – С и кремнийорганических полимеров – силиконов и силиконовых каучуков со связями Si – Si, Si – О и Si – С.
Важнейший элемент неживой природы, второй по химической распространенности. Встречается только в связанном виде. Жизненно важный элемент для многих организмов.
Кремний Si. Простое вещество. Крупнокристаллический – темно-серый, с металлическим блеском, весьма твердый, очень хрупкий, непрозрачный, тугоплавкий, распространенный полупроводник. Кристаллическая решетка – атомная, связи Si – Si очень прочные. Аморфный – белый или желто-коричневый (с примесями, в основном Fe), химически более активен. Устойчив на воздухе (покрыт прочной оксидной пленкой), не реагирует с водой. Реагирует с HF (конц.), щелочами. Окисляется кислородом, хлором. Восстанавливается магнием. Спекается с графитом. Промышленно важным является сплав с железом – ферросилиций (12–90 % Si). Применяется как легирующая добавка в стали и сплавы цветных металлов, компонент полупроводниковых материалов для микроэлектроники, основа силиконов.
Уравнения важнейших реакций:
Получение в промышленности: восстановление SiCl4 или SiO2 при прокаливании:
SiCl4 + 2Zn = Si + 2ZnCl2
SiO2 + 2Mg = Si + 2MgO
(последняя реакция может быть осуществлена и в лаборатории, после обработки соляной кислотой остается аморфный кремний).
Диоксид кремния SiO2. Кислотный оксид. Белый порошок (кварцевый песок) и прозрачные кристаллы, природный продукт окрашен примесями (кремнезём) – в виде обычного песка и камня (кремень). Кристаллическая решетка атомная, каждый атом кремния окружен четырьмя атомами кислорода [Si(O)4], а каждый атом кислорода – двумя атомами кремния [O(Si)2]. Имеет несколько кристаллических модификаций (все минералы), важнейшие — кварц, тридимит и кристобалит, редко встречающиеся и искусственно полученные — китит, коэсит, стишовит, меланофлогит, волокнистый кремнезём. Тугоплавкий, при медленном охлаждении расплава образуется аморфная форма – кварцевое стекло (в природе минерал лешательеит). Наиболее химически активна аморфная форма.
