حمض الكربونيك ، وهو محلول مائي لثاني أكسيد الكربون ، يمكن أن يتفاعل مع الأكاسيد الأساسية والمذبذبة والأمونيا والقلويات. نتيجة للتفاعل ، يتم الحصول على أملاح متوسطة - كربونات ، بشرط أن يؤخذ حمض الكربونيك بكمية زائدة - بيكربونات. في المقال سنتعرف على الخواص الفيزيائية والكيميائية لبيكربونات المغنيسيوم ، وكذلك خصائص توزيعه في الطبيعة.
رد فعل نوعي لأيون البيكربونات
كل من الأملاح المتوسطة والحمضية ، يتفاعل حمض الكربونيك مع الأحماض. نتيجة للتفاعل ، يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون. يمكن الكشف عن وجودها عن طريق تمرير الغاز المجمع من خلال محلول ماء الجير. لوحظ التعكر بسبب ترسيب راسب غير قابل للذوبان من كربونات الكالسيوم. يوضح التفاعل كيفية تفاعل بيكربونات المغنيسيوم ، التي تحتوي على أيون HCO3-.
تفاعل مع الاملاح والقلويات
كيف تحدث تفاعلات التبادل بين محلولين من أملاح مكونة من أحماض ذات قوة مختلفة ، على سبيل المثال ، بين كلوريد الباريوم وملح المغنيسيوم الحمضي؟ يتماشى مع تكوين ملح غير قابل للذوبان - كربونات الباريوم. تسمى هذه العمليات تفاعلات التبادل الأيوني. تنتهي دائمًا بتكوين الماء المترسب أو الغاز أو المنتج الذي ينفصل قليلاً. يؤدي تفاعل قلوي من هيدروكسيد الصوديوم وبيكربونات المغنيسيوم إلى تكوين ملح متوسط من كربونات المغنيسيوم والماء. من سمات التحلل الحراري لكربونات الأمونيوم أنه بالإضافة إلى ظهور الأملاح الحمضية ، يتم إطلاق الأمونيا الغازية. يمكن لأملاح حمض الكربونات ، عند تسخينها بقوة ، أن تتفاعل مع أكاسيد مذبذبة ، مثل الزنك أو أكسيد الألومنيوم. يستمر التفاعل مع تكوين الأملاح - ألومينات المغنيسيوم أو الزنك. الأكاسيد التي تتكون من عناصر غير معدنية قادرة أيضًا على التفاعل مع بيكربونات المغنيسيوم. تم العثور على الملح الجديد وثاني أكسيد الكربون والماء في منتجات التفاعل.
المعادن المنتشرة في قشرة الأرض - الحجر الجيري والطباشير والرخام تتفاعل مع ثاني أكسيد الكربون المذاب في الماء لفترة طويلة. نتيجة لذلك ، تتشكل الأملاح الحمضية - المغنيسيوم وبيكربونات الكالسيوم. عندما تتغير الظروف البيئية ، على سبيل المثال ، عندما ترتفع درجة الحرارة ، تحدث تفاعلات عكسية. الأملاح المتوسطة ، التي تتبلور من الماء مع تركيز عالٍ من البيكربونات ، غالبًا ما تشكل رقاقات ثلجية من الكربونات - الهوابط ، وكذلك الزوائد على شكل أبراج - الصواعد في الكهوف الجيرية.
عسر الماء
يتفاعل الماء مع الأملاح الموجودة في التربة ، مثل بيكربونات المغنيسيوم ، والتي تكون صيغتها Mg (HCO3)2. تقوم بحلها وتصبح جامدة. كلما زادت الشوائب ، كلما تم غلي المنتجات في مثل هذا الماء بشكل أسوأ ، يتدهور مذاقها وقيمتها الغذائية بشكل حاد. هذه المياه غير مناسبة لغسل الشعر وغسل الملابس. الماء العسر خطير بشكل خاص عند استخدامه في منشآت البخار ، حيث تترسب بيكربونات الكالسيوم والمغنيسيوم المذابة فيه أثناء الغليان. إنها تشكل طبقة مقياس لا توصل الحرارة بشكل جيد. هذا محفوف بعواقب سلبية مثل الاستهلاك المفرط للوقود ، وكذلك ارتفاع درجة حرارة الغلايات ، مما يؤدي إلى تآكلها وحوادثها.
صلابة المغنيسيوم والكالسيوم
إذا كانت أيونات الكالسيوم موجودة في محلول مائي مع أنيون HCO3-، فإنها تسبب صلابة الكالسيوم ، إذا كانت كاتيونات المغنيسيوم - المغنيسيوم. يسمى تركيزهم في الماء بالصلابة الكلية. مع الغليان المطول ، تتحول البيكربونات إلى كربونات ضعيفة الذوبان ، والتي تترسب على شكل راسب. في الوقت نفسه ، يتم تقليل عسر الماء الكلي بمؤشر كربونات أو عسر مؤقت. تشكل كاتيونات الكالسيوم كربونات - أملاح متوسطة ، وأيونات المغنيسيوم جزء من هيدروكسيد المغنيسيوم أو ملح قاعدي - هيدروكسيد كربونات المغنيسيوم. على وجه الخصوص ، الصلابة العالية متأصلة في مياه البحار والمحيطات. على سبيل المثال ، في البحر الأسود ، تصل صلابة المغنيسيوم إلى 53.5 ملغم مكافئ / لتر ، وفي المحيط الهادئالمحيط - 108 ملغم مكافئ / لتر. إلى جانب الحجر الجيري ، غالبًا ما يوجد المغنسيت في قشرة الأرض - وهو معدن يحتوي على كربونات وبيكربونات الصوديوم والمغنيسيوم.
طرق معالجة عسر الماء
قبل استخدام الماء الذي تزيد قساوته الكلية عن 7 ملليجرام مكافئ / لتر ، يجب تحريره من الأملاح الزائدة - خففت. على سبيل المثال ، يمكن إضافة هيدروكسيد الكالسيوم ، الجير المطفأ ، إليها. إذا تمت إضافة الصودا في نفس الوقت ، يمكنك التخلص من الصلابة الثابتة (غير الكربونية). تُستخدم أيضًا طرق أكثر ملاءمة لا تتطلب التسخين والتلامس مع مادة عدوانية - القلويات Ca (OH)2. وتشمل هذه استخدام المبادلات الموجبة
مبدأ تشغيل مبادل الكاتيون
Aluminosilicates وراتنجات التبادل الأيوني الاصطناعية هي مبادلات كاتيون. تحتوي على أيونات الصوديوم المتنقلة. تمرير الماء عبر المرشحات بطبقة يوجد عليها الحامل - مبادل الكاتيون ، ستتحول جزيئات الصوديوم إلى كاتيونات الكالسيوم والمغنيسيوم. هذا الأخير مرتبط بأنيونات مبادل الكاتيون ويتمسك به بقوة. إذا كان هناك تركيز Ca2 +و Mg2 +أيونات في الماء ، فسيكون صعبًا. لاستعادة نشاط المبادل الأيوني ، توضع المواد في محلول من كلوريد الصوديوم ، ويحدث التفاعل العكسي - تحل أيونات الصوديوم محل كاتيونات المغنيسيوم والكالسيوم الممتصة في مبادل الكاتيون. مبادل أيوني مجدد جاهز لعملية إزالة عسر الماء مرة أخرى.
التفكك الالكتروليتي
معظم الأملاح المتوسطة و الحمضية فيهافي المحاليل المائية ، ينقسم إلى أيونات ، كونه موصلًا من النوع الثاني. أي أن المادة تخضع للتفكك الإلكتروليتي ومحلولها قادر على توصيل تيار كهربائي. يؤدي تفكك بيكربونات المغنيسيوم إلى وجود كاتيونات المغنيسيوم وأيونات معقدة سالبة الشحنة لبقايا حمض الكربونيك في المحلول. حركتهم الموجهة إلى الأقطاب الكهربائية معاكسة الشحنة تسبب ظهور تيار كهربائي.
التحلل المائي
تفاعلات التبادل بين الأملاح والماء ، مما يؤدي إلى ظهور إلكتروليت ضعيف ، هو التحلل المائي. إنه ذو أهمية كبيرة ليس فقط في الطبيعة غير العضوية ، ولكنه أيضًا أساس عملية التمثيل الغذائي للبروتينات والكربوهيدرات والدهون في الكائنات الحية. يتم تحلل بيكربونات البوتاسيوم والمغنيسيوم والصوديوم والمعادن النشطة الأخرى ، المكونة من حمض كربونيك ضعيف وقاعدة قوية ، تمامًا في محلول مائي. عندما يضاف إليها الفينول فثالين عديم اللون ، يتحول المؤشر إلى اللون القرمزي. يشير هذا إلى الطبيعة القلوية للبيئة نتيجة لتراكم فائض تركيز أيونات الهيدروكسيد.
عباد الشمس الأرجواني في محلول مائي لملح حمض الكربونيك يتحول إلى اللون الأزرق. يمكن أيضًا الكشف عن وجود فائض من جزيئات الهيدروكسيل في هذا المحلول باستخدام مؤشر آخر - الميثيل البرتقالي ، الذي يغير لونه إلى اللون الأصفر.
دورة أملاح حمض الكربونيك في الطبيعة
قدرة البيكربونات على الذوبان في الماء تكمن وراء حركتها المستمرة في الطبيعة الحية وغير الحية. تتسرب المياه الجوفية المشبعة بثاني أكسيد الكربون عبر طبقات التربة إلىتتكون من المغنسيت والحجر الجيري. يدخل الماء مع البيكربونات والمغنيسيوم إلى محلول التربة ، ثم يتم نقله إلى الأنهار والبحار. من هناك ، تدخل الأملاح الحمضية كائنات الحيوانات وتنتقل إلى بناء الهيكل الخارجي (الأصداف ، الكيتين) أو الهيكل العظمي الداخلي. في بعض الحالات ، تحت تأثير ارتفاع درجة حرارة الينابيع الملحية ، تتحلل الهيدروكربونات وتطلق ثاني أكسيد الكربون وتتحول إلى رواسب معدنية: الطباشير والحجر الجيري والرخام.
في المقال درسنا خصائص الخواص الفيزيائية والكيميائية لبيكربونات المغنيسيوم واكتشفنا طرق تكوينه في الطبيعة.
