חומצה פחמית, שהיא תמיסה מימית של פחמן דו חמצני, יכולה לקיים אינטראקציה עם תחמוצות בסיסיות ואמפוטריות, אמוניה ואלקליות. כתוצאה מהתגובה מתקבלים מלחים בינוניים - קרבונטים, ובתנאי שנלקחת חומצה פחמנית בעודף - ביקרבונטים. במאמר נכיר את התכונות הפיזיקליות והכימיות של מגנזיום ביקרבונט וכן את תכונות תפוצתו בטבע.
תגובה איכותית ליון ביקרבונט
גם מלחים בינוניים וגם חומציים, חומצה פחמנית מקיימת אינטראקציה עם חומצות. כתוצאה מהתגובה משתחרר פחמן דו חמצני. ניתן לזהות את נוכחותו על ידי העברת הגז שנאסף דרך תמיסה של מי סיד. עכירות נצפית עקב משקעים של משקעים בלתי מסיסים של סידן פחמתי. התגובה ממחישה כיצד מגנזיום ביקרבונט, המכיל את היון HCO3-, מגיב.
אינטראקציה עם מלחים ואלקליים
איך מתרחשות תגובות החלפה בין תמיסות של שני מלחים שנוצרו על ידי חומצות בעלות חוזק שונה, למשל, בין בריום כלוריד למלח מגנזיום חומצי? זה הולך עם היווצרות של מלח בלתי מסיס - בריום קרבונט. תהליכים כאלה נקראים תגובות חילופי יונים. הם תמיד מסתיימים בהיווצרות של משקעים, גז, או תוצר מתנתק מעט, מים. התגובה של אלקלי של נתרן הידרוקסיד ומגנזיום ביקרבונט מובילה ליצירת מלח בינוני של מגנזיום פחמתי ומים. תכונה של פירוק תרמי של אמוניום קרבונטים היא שבנוסף להופעת מלחי חומצה, משתחררת אמוניה גזית. מלחים של חומצה קרבונטית, כאשר הם מחוממים חזק, יכולים לקיים אינטראקציה עם תחמוצות אמפוטריות, כגון תחמוצת אבץ או אלומיניום. התגובה ממשיכה עם היווצרות מלחים - מגנזיום אלומינטים או זינקטים. תחמוצות הנוצרות על ידי יסודות לא מתכתיים מסוגלות גם להגיב עם מגנזיום ביקרבונט. מלח, פחמן דו חמצני ומים חדשים נמצאים בתוצרי התגובה.
מינרלים נפוצים בקרום כדור הארץ - אבן גיר, גיר, שיש, אינטראקציה עם פחמן דו חמצני המומס במים במשך זמן רב. כתוצאה מכך נוצרים מלחים חומציים - מגנזיום וסידן ביקרבונטים. כאשר תנאי הסביבה משתנים, למשל, כאשר הטמפרטורה עולה, מתרחשות תגובות הפוכות. מלחים בינוניים, המתגבשים ממים עם ריכוז גבוה של ביקרבונטים, יוצרים לרוב נטיפי קרח מקרבונטים - נטיפים, וכן גידולים בצורת מגדלים - זקיפים במערות אבן גיר.
קשיות המים
מים יוצרים אינטראקציה עם מלחים הכלולים באדמה, כמו מגנזיום ביקרבונט, שהנוסחה שלו היא Mg(HCO3)2. היא ממיסה אותם, והיא נעשית נוקשה. ככל שיותר זיהומים, כך המוצרים מבושלים במים כאלה גרועים יותר, טעמם וערכם התזונתי מתדרדרים בחדות. מים כאלה אינם מתאימים לשטיפת שיער ולכבסת בגדים. מים קשים מסוכנים במיוחד לשימוש במתקני קיטור, שכן סידן ומגנזיום ביקרבונטים המומסים בהם משקעים במהלך הרתיחה. הוא יוצר שכבת אבנית שאינה מוליכה חום טוב. הדבר טומן בחובו השלכות שליליות כמו צריכת דלק מופרזת, כמו גם התחממות יתר של הדוודים, מה שמוביל לשחיקה ולתאונות שלהם.
קשיות מגנזיום וסידן
אם יוני סידן נמצאים בתמיסה מימית יחד עם אניוני HCO3-, אז הם גורמים לקשיות סידן, אם קטיוני מגנזיום - מגנזיום. הריכוז שלהם במים נקרא קשיות מוחלטת. עם רתיחה ממושכת, ביקרבונטים הופכים לקרבונטים מסיסים בצורה גרועה, אשר משקעים כמשקע. במקביל, הקשיות הכוללת של המים מופחתת על ידי אינדיקטור של קרבונט או קשיות זמנית. קטיוני סידן יוצרים קרבונטים - מלחים בינוניים, ויוני מגנזיום הם חלק ממגנזיום הידרוקסיד או מלח בסיסי - מגנזיום קרבונט הידרוקסיד. במיוחד, קשיחות גבוהה טבועה במי הימים והאוקיינוסים. לדוגמה, בים השחור, קשיות המגנזיום היא 53.5 מ"ג-מ"ק לליטר, ובאוקיינוס השקטאוקיינוס – 108 mg-eq/l. יחד עם אבן גיר, מגנזיט נמצא לעתים קרובות בקרום כדור הארץ - מינרל המכיל קרבונט וביקרבונט של נתרן ומגנזיום.
שיטות ריכוך מים
לפני השימוש במים, שהקשיות הכוללת שלהם עולה על 7 מ"ג-אקוו"ל/ליטר, יש לשחררם מעודפי מלחים - לרכך אותם. לדוגמה, ניתן להוסיף לו סידן הידרוקסיד, סיד שפוי. אם מוסיפים סודה באותו זמן, אז אתה יכול להיפטר מקשיות קבועה (לא פחמתי). משתמשים גם בשיטות נוחות יותר שאינן דורשות חימום ומגע עם חומר אגרסיבי - alkali Ca(OH)2. אלה כוללים שימוש במחליפים קטונים.
עקרון הפעולה של מחליף הקטיונים
Aluminosilicates ושרף חילופי יונים סינתטיים הם מחליפי קטיון. הם מכילים יוני נתרן ניידים. העברת מים דרך מסננים עם שכבה עליה ממוקם המוביל - מחליף קטונים, חלקיקי נתרן יתחלפו לקטיונים של סידן ומגנזיום. האחרונים נקשרים על ידי האניונים של מחליף הקטיונים ומוחזקים בו בחוזקה. אם יש ריכוז של יוני Ca2+ ו-Mg2+ במים, אז זה יהיה קשה. כדי להחזיר את פעילות מחליף היונים שמים את החומרים בתמיסת נתרן כלורי, ומתרחשת התגובה ההפוכה - יוני נתרן מחליפים את קטיוני המגנזיום והסידן הנספגים על מחליף הקטיונים. מחליף יונים משופץ מוכן לתהליך ריכוך מים קשים שוב.
דיסוציאציה אלקטרוליטית
רוב המלחים הבינוניים והחומציים בבתמיסות מימיות הוא מתפצל ליונים, בהיותו מוליך מהסוג השני. כלומר, החומר עובר ניתוק אלקטרוליטי ותמיסתו מסוגלת להוליך זרם חשמלי. ההתנתקות של מגנזיום ביקרבונט מובילה לנוכחות של קטיונים מגנזיום ויונים מורכבים בעלי מטען שלילי של שאריות החומצה הפחמנית בתמיסה. התנועה המכוונת שלהם לאלקטרודות טעונות הפוך גורמת להופעת זרם חשמלי.
הידרוליזה
תגובות החליפין בין מלחים ומים, המובילות להופעת אלקטרוליט חלש, היא הידרוליזה. יש לו חשיבות רבה לא רק בטבע האנאורגני, אלא גם מהווה את הבסיס לחילוף החומרים של חלבונים, פחמימות ושומנים באורגניזמים חיים. ביקרבונט של אשלגן, מגנזיום, נתרן ומתכות פעילות אחרות, שנוצר על ידי חומצה פחמנית חלשה ובסיס חזק, עובר הידרוליזה מלאה בתמיסה מימית. כאשר מוסיפים לו פנולפטלין חסר צבע, המחוון הופך לארגמן. זה מעיד על הטבע הבסיסי של הסביבה, עקב הצטברות ריכוז עודף של יוני הידרוקסיד.
לקמוס סגול בתמיסה מימית של מלח חומצה של חומצה פחמנית הופך לכחול. ניתן לזהות עודף של חלקיקי הידרוקסיל בתמיסה זו גם באמצעות אינדיקטור אחר - מתיל כתום, אשר משנה את צבעו לצהוב.
מחזור המלחים של חומצת פחמן בטבע
היכולת של ביקרבונטים להתמוסס במים עומדת בבסיס התנועה המתמדת שלהם בטבע הדומם וחי. מי תהום, רוויים בפחמן דו חמצני, מחלחלים דרך שכבות האדמה, לתוךמורכב ממגנזיט ואבן גיר. מים עם ביקרבונט ומגנזיום נכנסים לתמיסת הקרקע, ואז מבוצעים לתוך נהרות וימים. משם, מלחים חומציים נכנסים לאורגניזמים של בעלי חיים ועוברים לבניית השלד החיצוני (קונכיות, כיטין) או פנימי שלהם. במקרים מסוימים, בהשפעת הטמפרטורה הגבוהה של גייזרים או מעיינות מלח, הידרוקרבונטים מתפרקים, משחררים פחמן דו חמצני והופכים למרבצי מינרלים: גיר, אבן גיר, שיש.
במאמר, למדנו את תכונות התכונות הפיזיקליות והכימיות של מגנזיום ביקרבונט וגילינו את דרכי היווצרותו בטבע.
