Wodorowęglan magnezu: właściwości fizyczne i chemiczne

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-02 17:54

Kwas węglowy, który jest wodnym roztworem dwutlenku węgla, może oddziaływać z tlenkami zasadowymi i amfoterycznymi, amoniakiem i zasadami. W wyniku reakcji otrzymuje się średnie sole – węglany, a pod warunkiem, że kwas węglowy jest pobierany w nadmiarze – wodorowęglany. W artykule zapoznamy się z właściwościami fizykochemicznymi wodorowęglanu magnezu, a także z cechami jego dystrybucji w przyrodzie.

Jakościowa reakcja na jon wodorowęglanowy

Zarówno średnie sole, jak i kwaśne, kwas węglowy oddziałują z kwasami. W wyniku reakcji uwalniany jest dwutlenek węgla. Jego obecność można wykryć przepuszczając zebrany gaz przez roztwór wody wapiennej. Obserwuje się zmętnienie z powodu wytrącania się nierozpuszczalnego osadu węglanu wapnia. Reakcja ilustruje reakcję wodorowęglanu magnezu, zawierającego jon HCO₃^-.

Interakcja z solami i zasadami

Jak zachodzą reakcje wymiany między roztworami dwóch soli utworzonych przez kwasy o różnej mocy, na przykład między chlorkiem baru a kwaśną solą magnezową? Wiąże się to z powstaniem nierozpuszczalnej soli - węglanu baru. Takie procesy nazywane są reakcjami wymiany jonowej. Zawsze kończą się wytworzeniem się osadu, gazu lub lekko dysocjującego produktu, jakim jest woda. Reakcja zasady wodorotlenku sodu i wodorowęglanu magnezu prowadzi do powstania średniej soli węglanu magnezu i wody. Cechą rozkładu termicznego węglanów amonu jest to, że oprócz pojawienia się soli kwasowych uwalniany jest gazowy amoniak. Sole kwasu węglanowego po silnym podgrzaniu mogą wchodzić w interakcje z tlenkami amfoterycznymi, takimi jak tlenek cynku lub glinu. Reakcja przebiega z utworzeniem soli – glinianów magnezu lub cynkanów. Tlenki utworzone przez pierwiastki niemetaliczne są również zdolne do reagowania z wodorowęglanem magnezu. W produktach reakcji znajduje się nowa sól, dwutlenek węgla i woda.

Minerały szeroko rozpowszechnione w skorupie ziemskiej - wapień, kreda, marmur, długo oddziałują z rozpuszczonym w wodzie dwutlenkiem węgla. W efekcie powstają kwaśne sole – wodorowęglany magnezu i wapnia. Gdy zmieniają się warunki środowiskowe, np. gdy wzrasta temperatura, zachodzą reakcje odwrotne. Sole średnie, krystalizujące z wody o wysokim stężeniu wodorowęglanów, często tworzą sople z węglanów - stalaktytów, a także narośla w postaci wież - stalagmitów w jaskiniach wapiennych.

Twardość wody

Woda wchodzi w interakcje z solami zawartymi w glebie, takimi jak wodorowęglan magnezu, którego formuła to Mg(HCO₃)_{2. Rozpuszcza je i sztywnieje. Im więcej zanieczyszczeń, tym gorzej gotuje się produkty w takiej wodzie, gwałtownie pogarsza się ich smak i wartość odżywcza. Taka woda nie nadaje się do mycia włosów i prania ubrań. Szczególnie niebezpieczna jest twarda woda przy stosowaniu w instalacjach parowych, ponieważ rozpuszczone w niej wodorowęglany wapnia i magnezu wytrącają się podczas gotowania. Tworzy warstwę kamienia, która nie przewodzi dobrze ciepła. Wiąże się to z takimi negatywnymi konsekwencjami, jak nadmierne zużycie paliwa, a także przegrzewanie się kotłów, prowadzące do ich zużycia i wypadków.}

Twardość magnezowa i wapniowa

Jony wapnia są obecne w roztworze wodnym razem z anionami HCO₃^{-, to powodują twardość wapnia, jeśli kationy magnezu - magnez. Ich stężenie w wodzie nazywa się twardością całkowitą. Przy dłuższym gotowaniu wodorowęglany zamieniają się w słabo rozpuszczalne węglany, które wytrącają się jako osad. Jednocześnie całkowita twardość wody jest zmniejszana przez wskaźnik twardości węglanowej lub tymczasowej. Kationy wapnia tworzą węglany - średnie sole, a jony magnezu wchodzą w skład wodorotlenku magnezu lub soli zasadowej - wodorotlenku węglanu magnezu. Szczególnie wysoka sztywność jest nieodłącznym elementem wód mórz i oceanów. Na przykład w Morzu Czarnym twardość magnezu wynosi 53,5 mg-eq / l, a na Pacyfikuocean – 108 mg-eq/l. Wraz z wapieniem w skorupie ziemskiej często znajduje się magnezyt - minerał zawierający węglan i wodorowęglan sodu i magnezu.}

Metody zmiękczania wody

Przed użyciem wody, której całkowita twardość przekracza 7 mg-eq/l, należy ją uwolnić od nadmiaru soli - zmiękczyć. Na przykład można do niego dodać wodorotlenek wapnia, wapno gaszone. Jeśli soda zostanie dodana w tym samym czasie, możesz pozbyć się stałej (niewęglanowej) twardości. Stosowane są również wygodniejsze metody, które nie wymagają podgrzewania i kontaktu z agresywną substancją - alkaliczną Ca(OH)_{2. Obejmują one zastosowanie wymieniaczy kationowych.}

Zasada działania kationitu

Glinokrzemiany i syntetyczne żywice jonowymienne to wymieniacze kationowe. Zawierają ruchome jony sodu. Przepuszczając wodę przez filtry z warstwą, na której znajduje się nośnik - kationit, cząsteczki sodu zamienią się w kationy wapnia i magnezu. Te ostatnie są związane przez aniony wymieniacza kationowego i są w nim mocno utrzymywane. Jeśli w wodzie występuje stężenie jonów Ca²⁺ i Mg^{2+, będzie to trudne. Aby przywrócić aktywność wymieniacza jonowego, substancje umieszcza się w roztworze chlorku sodu i zachodzi reakcja odwrotna – jony sodu zastępują zaadsorbowane na kationicie kationy magnezu i wapnia. Odnowiony wymiennik jonowy gotowy do ponownego zmiękczania twardej wody.}

Dysocjacja elektrolityczna

Większość pożywki i soli kwasowych ww roztworach wodnych dzieli się na jony, będąc przewodnikiem drugiego rodzaju. Oznacza to, że substancja ulega dysocjacji elektrolitycznej, a jej roztwór jest w stanie przewodzić prąd elektryczny. Dysocjacja wodorowęglanu magnezu prowadzi do obecności w roztworze kationów magnezu i ujemnie naładowanych jonów kompleksowych reszty kwasu węglowego. Ich ukierunkowany ruch do przeciwnie naładowanych elektrod powoduje pojawienie się prądu elektrycznego.

Hydroliza

Reakcja wymiany między solami i wodą, prowadząca do pojawienia się słabego elektrolitu, to hydroliza. Ma ogromne znaczenie nie tylko w przyrodzie nieorganicznej, ale również stanowi podstawę metabolizmu białek, węglowodanów i tłuszczów w organizmach żywych. Wodorowęglan potasu, magnezu, sodu i innych aktywnych metali, utworzony przez słaby kwas węglowy i mocną zasadę, jest całkowicie hydrolizowany w roztworze wodnym. Po dodaniu do niego bezbarwnej fenoloftaleiny wskaźnik zmienia kolor na szkarłatny. Wskazuje to na alkaliczny charakter środowiska, spowodowany gromadzeniem się nadmiernego stężenia jonów wodorotlenowych.

Fioletowy lakmus w wodnym roztworze kwaśnej soli kwasu węglowego zmienia kolor na niebieski. Nadmiar cząstek hydroksylowych w tym roztworze można również wykryć za pomocą innego wskaźnika - oranżu metylowego, który zmienia kolor na żółty.

Cykl soli kwasu węglowego w przyrodzie

Zdolność wodorowęglanów do rozpuszczania się w wodzie leży u podstaw ich ciągłego ruchu w przyrodzie nieożywionej i żywej. Wody gruntowe, nasycone dwutlenkiem węgla, przenikają przez warstwy gleby doskłada się z magnezytu i wapienia. Woda z wodorowęglanem i magnezem dostaje się do roztworu glebowego, a następnie jest odprowadzana do rzek i mórz. Stamtąd kwaśne sole dostają się do organizmów zwierząt i przechodzą do budowy ich szkieletu zewnętrznego (muszle, chityna) lub wewnętrznego. W niektórych przypadkach pod wpływem wysokiej temperatury gejzerów lub źródeł solnych ulegają rozkładowi węglowodory uwalniając dwutlenek węgla i zamieniając się w złoża mineralne: kredę, wapień, marmur.