Anglies rūgštis, kuri yra vandeninis anglies dioksido tirpalas, gali sąveikauti su baziniais ir amfoteriniais oksidais, amoniaku ir šarmais. Dėl reakcijos gaunamos vidutinės druskos - karbonatai, o su sąlyga, kad anglies rūgšties paimama per daug - bikarbonatai. Straipsnyje susipažinsime su fizinėmis ir cheminėmis magnio bikarbonato savybėmis, taip pat su jo paplitimo gamtoje ypatumais.
Kokybinė bikarbonato jonų reakcija
Tiek vidutinės druskos, tiek rūgštinės anglies rūgštis sąveikauja su rūgštimis. Dėl reakcijos išsiskiria anglies dioksidas. Jo buvimą galima nustatyti perleidus surinktas dujas per kalkių vandens tirpalą. Drumstumas pastebimas dėl netirpių kalcio karbonato nuosėdų nusodinimo. Reakcija parodo, kaip reaguoja magnio bikarbonatas, turintis jonų HCO3-.
Sąveika su druskomis ir šarmais
Kaip vyksta mainų reakcijos tarp dviejų druskų, sudarytų iš skirtingo stiprumo rūgščių, tirpalų, pavyzdžiui, tarp bario chlorido ir rūgšties magnio druskos? Tai vyksta su netirpios druskos - bario karbonato - susidarymu. Tokie procesai vadinami jonų mainų reakcijomis. Jie visada baigiasi nuosėdų, dujų arba šiek tiek disocijuojamo produkto – vandens – susidarymu. Natrio hidroksido ir magnio bikarbonato šarminės reakcijos metu susidaro vidutinė magnio karbonato ir vandens druska. Amonio karbonatų terminio skilimo ypatybė yra ta, kad, be rūgščių druskų, išsiskiria dujinis amoniakas. Karbonato rūgšties druskos, stipriai kaitinamos, gali sąveikauti su amfoteriniais oksidais, tokiais kaip cinko arba aliuminio oksidas. Reakcija vyksta, kai susidaro druskos - magnio aliuminatai arba cinkatai. Nemetalinių elementų suformuoti oksidai taip pat gali reaguoti su magnio bikarbonatu. Reakcijos produktuose randama nauja druska, anglies dioksidas ir vanduo.
Žemės plutoje paplitę mineralai – kalkakmenis, kreida, marmuras, ilgą laiką sąveikauja su vandenyje ištirpusiu anglies dioksidu. Dėl to susidaro rūgštinės druskos – magnio ir kalcio bikarbonatai. Pasikeitus aplinkos sąlygoms, pavyzdžiui, kylant temperatūrai, vyksta atvirkštinės reakcijos. Vidutinės druskos, kristalizuojančios iš vandens, kuriame yra didelė bikarbonatų koncentracija, dažnai sudaro varveklius iš karbonatų – stalaktitų, taip pat išaugas bokštų – stalagmitų pavidalu klinčių urvuose.
Vandens kietumas
Vanduo sąveikauja su dirvožemyje esančiomis druskomis, tokiomis kaip magnio bikarbonatas, kurio formulė yra Mg(HCO3)2. Ji juos ištirpdo ir tampa standi. Kuo daugiau priemaišų, tuo produktai blogiau verdami tokiame vandenyje, smarkiai pablogėja jų skonis ir maistinė vertė. Toks vanduo netinka plauti plaukus ir skalbti drabužius. Kietas vanduo ypač pavojingas garo įrenginiuose, nes jame ištirpę kalcio ir magnio bikarbonatai verdant nusėda. Jis sudaro nuosėdų sluoksnį, kuris blogai praleidžia šilumą. Tai kupina tokių neigiamų pasekmių, kaip per didelės degalų sąnaudos, taip pat katilų perkaitimas, dėl kurio jie nusidėvi ir įvyksta nelaimingi atsitikimai.
Magnio ir kalcio kietumas
Jei kalcio jonų yra vandeniniame tirpale kartu su HCO anijonais3-, jie sukelia kalcio kietumą, jei magnio katijonai - magnio. Jų koncentracija vandenyje vadinama bendruoju kietumu. Ilgai verdant, bikarbonatai virsta sunkiai tirpiais karbonatais, kurie nusėda kaip nuosėdos. Tuo pačiu metu bendras vandens kietumas sumažėja karbonato arba laikino kietumo rodikliu. Kalcio katijonai sudaro karbonatus – vidutines druskas, o magnio jonai yra magnio hidroksido arba bazinės druskos – magnio karbonato hidroksido dalis. Ypač didelis standumas būdingas jūrų ir vandenynų vandeniui. Pavyzdžiui, Juodojoje jūroje magnio kietumas yra 53,5 mg-ekv / l, o Ramiajame vandenynevandenynas – 108 mg-ekv/l. Žemės plutoje kartu su kalkakmeniu dažnai randamas magnezitas – mineralas, kurio sudėtyje yra natrio ir magnio karbonato ir bikarbonato.
Vandens minkštinimo metodai
Prieš naudojant vandenį, kurio bendras kietumas viršija 7 mg-ekv/l, jį reikia nuvalyti nuo druskų pertekliaus – suminkštinti. Pavyzdžiui, į jį galima dėti kalcio hidroksido, gesintų kalkių. Jei tuo pačiu metu pridedama soda, galite atsikratyti pastovaus (nekarbonato) kietumo. Taip pat naudojami patogesni būdai, kuriems nereikia kaitinimo ir kontakto su agresyvia medžiaga – šarmu Ca(OH)2. Tai apima katijonų keitiklių naudojimą.
Katijono keitiklio veikimo principas
Aliuminisilikatai ir sintetinės jonų mainų dervos yra katijonai. Juose yra judriųjų natrio jonų. Praleidžiant vandenį per filtrus su sluoksniu, ant kurio yra nešiklis - katijonų keitiklis, natrio dalelės pavirs kalcio ir magnio katijonais. Pastarieji yra surišti katijonų keitiklio anijonais ir yra tvirtai jame laikomi. Jei vandenyje yra Ca2+ ir Mg2+ jonų koncentracija, tai bus kieta. Norint atstatyti jonų keitiklio aktyvumą, medžiagos dedamos į natrio chlorido tirpalą, ir įvyksta atvirkštinė reakcija – natrio jonai pakeičia ant katijonio keitiklio adsorbuotus magnio ir kalcio katijonus. Atnaujintas jonų keitiklis vėl paruoštas kieto vandens minkštinimo procesui.
Elektrolitinė disociacija
Dauguma terpės ir rūgščių druskųvandeniniuose tirpaluose jis skyla į jonus, būdamas antros rūšies laidininku. Tai reiškia, kad medžiaga elektrolitiškai disociuojasi ir jos tirpalas gali praleisti elektros srovę. Magnio bikarbonato disociacija sukelia magnio katijonų ir neigiamo krūvio kompleksinių anglies rūgšties liekanų jonų buvimą tirpale. Jų nukreiptas judėjimas į priešingai įkrautus elektrodus sukelia elektros srovės atsiradimą.
Hidrolizė
Druskų ir vandens mainų reakcijos, dėl kurių susidaro silpnas elektrolitas, yra hidrolizė. Jis turi didelę reikšmę ne tik neorganinėje gamtoje, bet ir yra gyvų organizmų b altymų, angliavandenių ir riebalų apykaitos pagrindas. Kalio, magnio, natrio ir kitų aktyvių metalų bikarbonatas, sudarytas iš silpnos anglies rūgšties ir stiprios bazės, visiškai hidrolizuojamas vandeniniame tirpale. Kai į jį įpilama bespalvio fenolftaleino, indikatorius tampa tamsiai raudonas. Tai rodo, kad aplinka yra šarminga, nes susikaupia perteklinė hidroksido jonų koncentracija.
Purpurinis lakmusas anglies rūgšties rūgšties druskos vandeniniame tirpale nusidažo mėlynai. Hidroksilo dalelių perteklių šiame tirpale taip pat galima aptikti naudojant kitą indikatorių – metiloranžą, kuris pakeičia spalvą į geltoną.
Angliarūgšties druskų ciklas gamtoje
Bikarbonatų gebėjimas ištirpti vandenyje yra jų nuolatinio judėjimo negyvojoje ir gyvojoje gamtoje pagrindas. Požeminis vanduo, prisotintas anglies dvideginio, prasiskverbia pro dirvožemio sluoksnius, įsudarytas iš magnezito ir kalkakmenio. Vanduo su bikarbonatu ir magniu patenka į dirvožemio tirpalą, po to patenka į upes ir jūras. Iš ten rūgštinės druskos patenka į gyvūnų organizmus ir patenka į jų išorinio (lukšto, chitino) arba vidinio skeleto konstrukciją. Kai kuriais atvejais, veikiant aukštai geizerių ar druskos š altinių temperatūrai, angliavandeniai suyra, išskirdami anglies dioksidą ir virsdami mineralinėmis nuosėdomis: kreida, kalkakmeniu, marmuru.
Straipsnyje ištyrėme magnio bikarbonato fizikinių ir cheminių savybių ypatybes ir išsiaiškinome jo susidarymo gamtoje būdus.
