Ogļskābe, kas ir oglekļa dioksīda ūdens šķīdums, var mijiedarboties ar bāzes un amfotēriem oksīdiem, amonjaku un sārmiem. Reakcijas rezultātā tiek iegūti vidēji sāļi - karbonāti un ar nosacījumu, ka ogļskābe tiek uzņemta pārpalikumā - bikarbonāti. Rakstā iepazīsimies ar magnija bikarbonāta fizikālajām un ķīmiskajām īpašībām, kā arī ar tā izplatības pazīmēm dabā.
Kvalitatīva reakcija uz bikarbonāta jonu
Gan vidējie sāļi, gan skābie, ogļskābe mijiedarbojas ar skābēm. Reakcijas rezultātā izdalās oglekļa dioksīds. Tās klātbūtni var noteikt, izlaižot savākto gāzi caur kaļķa ūdens šķīdumu. Duļķainība tiek novērota nešķīstošu kalcija karbonāta nogulšņu nogulsnēšanās dēļ. Reakcija parāda, kā reaģē magnija bikarbonāts, kas satur jonu HCO3-.
Mijiedarbība ar sāļiem un sārmiem
Kā notiek apmaiņas reakcijas starp divu sāļu šķīdumiem, ko veido dažādas stiprības skābes, piemēram, starp bārija hlorīdu un skābes magnija sāli? Tas notiek ar nešķīstoša sāls - bārija karbonāta veidošanos. Šādus procesus sauc par jonu apmaiņas reakcijām. Tie vienmēr beidzas ar nogulšņu, gāzes vai nedaudz disociējoša produkta - ūdens - veidošanos. Nātrija hidroksīda un magnija bikarbonāta sārma reakcija noved pie magnija karbonāta un ūdens vidēja sāls veidošanās. Amonija karbonātu termiskās sadalīšanās iezīme ir tāda, ka papildus skābju sāļu parādīšanās brīdim izdalās gāzveida amonjaks. Spēcīgi karsējot karbonātskābes sāļi var mijiedarboties ar amfoteriskajiem oksīdiem, piemēram, cinku vai alumīnija oksīdu. Reakcija notiek, veidojot sāļus - magnija aluminātus vai cinkātus. Nemetālisko elementu veidotie oksīdi arī spēj reaģēt ar magnija bikarbonātu. Reakcijas produktos tiek atrasts jauns sāls, oglekļa dioksīds un ūdens.
Zemes garozā plaši izplatīti minerāli - kaļķakmens, krīts, marmors, ilgstoši mijiedarbojas ar ūdenī izšķīdinātu oglekļa dioksīdu. Rezultātā veidojas skābie sāļi – magnija un kalcija bikarbonāti. Mainoties vides apstākļiem, piemēram, paaugstinoties temperatūrai, notiek reversas reakcijas. Vidējie sāļi, kristalizējoties no ūdens ar augstu bikarbonātu koncentrāciju, bieži veido lāstekas no karbonātiem - stalaktītiem, kā arī torņu formas - stalagmītus kaļķakmens alās.
Ūdens cietība
Ūdens mijiedarbojas ar sāļiem, kas atrodas augsnē, piemēram, magnija bikarbonātu, kura formula ir Mg(HCO3)2. Viņa tos izšķīdina, un viņa kļūst stingra. Jo vairāk piemaisījumu, jo sliktāk produkti tiek vārīti šādā ūdenī, to garša un uzturvērtība strauji pasliktinās. Šāds ūdens nav piemērots matu mazgāšanai un drēbju mazgāšanai. Ciets ūdens ir īpaši bīstams lietošanai tvaika iekārtās, jo tajā izšķīdušie kalcija un magnija bikarbonāti vārīšanās laikā izgulsnējas. Tas veido katlakmens slāni, kas slikti vada siltumu. Tas ir pilns ar tādām negatīvām sekām kā pārmērīgs degvielas patēriņš, kā arī apkures katlu pārkaršana, kas izraisa to nodilumu un nelaimes gadījumus.
Magnija un kalcija cietība
Ja ūdens šķīdumā kopā ar HCO anjoniem atrodas kalcija joni3-, tad tie izraisa kalcija cietību, ja magnija katjoni. - magnijs. To koncentrāciju ūdenī sauc par kopējo cietību. Ilgstoši vārot, bikarbonāti pārvēršas par slikti šķīstošiem karbonātiem, kas izgulsnējas kā nogulsnes. Tajā pašā laikā kopējo ūdens cietību samazina karbonāta vai pagaidu cietības indikators. Kalcija katjoni veido karbonātus - vidējus sāļus, un magnija joni ir daļa no magnija hidroksīda vai bāzes sāls - magnija karbonāta hidroksīda. Īpaši augsta stingrība ir raksturīga jūru un okeānu ūdenim. Piemēram, Melnajā jūrā magnija cietība ir 53,5 mg-ekv / l, bet Klusajā okeānāokeāns – 108 mg-ekv/l. Līdzās kaļķakmenim zemes garozā bieži atrodams magnezīts – minerāls, kas satur karbonātu un nātrija un magnija bikarbonātu.
Ūdens mīkstināšanas metodes
Pirms lietošanas ūdens, kura kopējā cietība pārsniedz 7 mg-ekv/l, tas jāatbrīvo no liekajiem sāļiem – jāmīkstina. Piemēram, tam var pievienot kalcija hidroksīdu, dzēstos kaļķus. Ja vienlaikus pievieno soda, tad var atbrīvoties no nemainīgas (nekarbonāta) cietības. Tiek izmantotas arī ērtākas metodes, kurām nav nepieciešama karsēšana un saskare ar agresīvu vielu - sārmu Ca(OH)2. Tie ietver katjonu apmaiņas izmantošanu.
Katjonu apmaiņas darbības princips
Aluminosilikāti un sintētiskie jonu apmaiņas sveķi ir katjonu apmaiņas līdzekļi. Tie satur kustīgus nātrija jonus. Izlaižot ūdeni caur filtriem ar slāni, uz kura atrodas nesējs - katjonu apmaiņa, nātrija daļiņas pārvēršas kalcija un magnija katjonos. Pēdējie ir saistīti ar katjonu apmaiņas anjoniem un tiek stingri turēti tajā. Ja ūdenī ir Ca2+ un Mg2+ jonu koncentrācija, tad būs ciets. Lai atjaunotu jonu apmaiņas aktivitāti, vielas ievieto nātrija hlorīda šķīdumā, un notiek reversā reakcija - nātrija joni nomaina uz katjonu apmaiņas aparāta adsorbētos magnija un kalcija katjonus. Atjaunots jonumainis atkal gatavs cietā ūdens mīkstināšanas procesam.
Elektrolītiskā disociācija
Lielākā daļa barotnes un skābju sāļuūdens šķīdumos tas sadalās jonos, būdams otrā veida vadītājs. Tas ir, viela tiek elektrolītiski disociēta, un tās šķīdums spēj vadīt elektrisko strāvu. Magnija bikarbonāta disociācija noved pie magnija katjonu un ogļskābes atlikuma negatīvi lādētu komplekso jonu klātbūtnes šķīdumā. To virzītā kustība uz pretēji lādētiem elektrodiem izraisa elektriskās strāvas parādīšanos.
Hidrolīze
Apmaiņas reakcijas starp sāļiem un ūdeni, kas izraisa vāja elektrolīta parādīšanos, ir hidrolīze. Tam ir liela nozīme ne tikai neorganiskajā dabā, bet arī tas ir olb altumvielu, ogļhidrātu un tauku metabolisma pamatā dzīvos organismos. Kālija, magnija, nātrija un citu aktīvo metālu bikarbonāts, ko veido vāja ogļskābe un spēcīga bāze, tiek pilnībā hidrolizēts ūdens šķīdumā. Kad tam pievieno bezkrāsainu fenolftaleīnu, indikators kļūst sārtināts. Tas norāda uz vides sārmainību, ko izraisa pārmērīga hidroksīda jonu koncentrācijas uzkrāšanās.
Violetais lakmuss ogļskābes skābes sāls ūdens šķīdumā kļūst zils. Hidroksildaļiņu pārpalikumu šajā šķīdumā var noteikt arī, izmantojot citu indikatoru - metiloranžu, kas maina savu krāsu uz dzeltenu.
Ogļskābes sāļu cikls dabā
Bikarbonātu spēja izšķīst ūdenī ir pamatā to pastāvīgai kustībai nedzīvajā un dzīvajā dabā. Gruntsūdeņi, kas piesātināti ar oglekļa dioksīdu, iesūcas cauri augsnes slāņiem, iekšāsastāv no magnezīta un kaļķakmens. Ūdens ar bikarbonātu un magniju nonāk augsnes šķīdumā, pēc tam tiek izvadīts upēs un jūrās. No turienes skābie sāļi nonāk dzīvnieku organismos un nonāk to ārējā (čaumalas, hitīna) vai iekšējā skeleta veidošanā. Dažos gadījumos geizeru vai sālsavotu augstās temperatūras ietekmē ogļūdeņraži sadalās, izdalot oglekļa dioksīdu un pārvēršoties minerālu nogulsnēs: krītā, kaļķakmenī, marmorā.
Rakstā pētījām magnija bikarbonāta fizikālo un ķīmisko īpašību īpatnības un noskaidrojām tā veidošanās veidus dabā.
