Эрик Роджерс - Физика для любознательных. Том 3. Электричество и магнетизм. Атомы и ядра

Другое, знакомое нам превращение:

CO 2+ H 2 O= H 2 CO 3.

[Одна молекула углекислого газа при растворении соединяется с одной молекулой воды, образуя молекулу угольной кислоты.]

Мы помним также, что Н 2СО 3может расщепляться на ионы водорода Н +, Н +и ион СО 3, т. е. СО 3 -:

H 2 CO 3 H ++ H ++ CO 3 -

При сливании растворов хлористого натрия и угольной кислоты смесь остается совершенно прозрачной, а при смешивании растворов углекислого натрия Na 2CO 3и хлористого кальция СаСl 2мы видим облачко осаждающегося мела:

Na 2 CO 3+ СаСl 2= СаСО 3+ 2 NaCl [86].

Зная, что растворенные вещества могут расщепляться на ионы, осторожный химик написал бы такое уравнение для электрически заряженных ионов и заменил бы знак равенства «=» стрелками , которые означают, что процесс может протекать в обоих направлениях. Но если бы он заметил, что одна из четырех комбинаций СаСО 3нерастворима, то поставил бы только одну стрелку;

Na 2 CO 3+ CaCl 2—> CaCO 3+ 2 NaCl.

Возьмем теперь наш только что полученный мел СаСО 3 и прокалим его;

CaCO 3 CaO+ CO 2

[мел превращается в известь и углекислый газ].

Здесь стрелки направлены в обе стороны, так как реакция может идти в любом направлении в зависимости от температуры. Растворяясь в воде, известь образует раствор гидроокиси кальция:

CaO+ H 2 O—> Ca( OH) 2

Гидроксильная группа ОН входит в состав самых едких щелочей, хотя сама известковая вода обладает весьма слабыми щелочными свойствами. Опустим в воду небольшой кусочек металлического натрия, и он вырвет атом водорода из молекул этой нейтральной жидкости, образуя сильную щелочь:

Na+ H 2 O—> NaOH+ H

[натрий и вода дают гидроокись натрия и водород].

Выделяющиеся пузырьки газообразного водорода говорят нам о том, что нужно удвоить это уравнение и записать его в виде

2 Na+ 2 Н 2 О—> 2 NaOH+ Н 2.

Гидроокись натрия (каустическая сода, или едкий натр) — это мыльный на ощупь, едкий щелочной раствор, нейтрализующий кислоты

2 NaOH+ H 2 SO 4 —> Na 2 SO 4+ Н 2 О.

[Гидроокись натрия (каустическая сода) + серная кислота (сернокислый водород) дают сернокислый натрий и воду.]

Кислоты

Все кислоты содержат водород и неметаллические элементы (хлор в соляной кислоте, сера и кислород в серной). Для кислот характерно, что входящие в них атомы водорода в водном растворе становятся ионами Н +, придавая ему кислый вкус. (В растворах щелочей в противоположность этому образуются ионы ОН -.)

Распознавать кислоты по их кислому вкусу все же опасно, лучше познакомиться с их другими свойствами. Кислоты способны нейтрализовать щелочи, образуя воду и выделяя тепло. Они реагируют со многими металлами, которые замещают в них водород. Большинство кислот вытесняет углекислый газ из растворов карбонатов.

Мы можем непосредственно получить соляную кислоту, смешивая равные объемы водорода и тяжелого зеленоватого газа хлора или беря их в весовой пропорции 2:71 и вызывая взрывную реакцию с помощью вспышки ультрафиолетового света:

Н 2+ Сl 2—> 2 HCl

[водород + хлор образуют при взрыве пары хлористого водорода, или гидрохлорида].

Хлористый водород — легко растворяющийся в воде газ, образующий концентрированные растворы с очень кислым вкусом. Обычная соляная кислота и есть раствор хлористого водорода. Она широко применяется в химической промышленности и участвует в пищеварении человека.

Простейший способ получения углекислого газа в лабораторных условиях — подействовать соляной кислотой на мел:

CaCO 3+ 2 HCl—> СаСl 2+ Н 2 О+ СО 2.

Если продувать СО 2через раствор едкого натра, то последний реагирует с ним с образованием карбоната. (Если хотите, можно сказать, что СО 2дает угольную кислоту Н 2СО 3, которая затем нейтрализует щелочь NaOH.)

2 NaOH+ CO 2 —> Na 2 CO 3+ H 2 O.

Серную кислоту можно получить из минеральной необработанной серы:

S+ O 2—> SO 2

[сера при сгорании образует двуокись серы]