Гидрокарбонаты

Гидрокарбона́ты—кислые солиугольной кислотыH2CO3. Формулааниона: HCO−3.  Устаревшие названия гидрокарбонатов: кислый, углекислый, двууглекислый,бикарбонаты.
Гидрокарбонаты практически всех элементов хорошо растворимы в воде, в том числе гидрокарбонатыщёлочноземельных металлов, в отличие от небольшого числа растворимых в водекарбонатов.
В общем случае гидрокарбонаты образуются при длительном пропусканииуглекислого газачерез водный раствор (илисуспензию), содержащий карбонат:
MeCO3+CO2+H2O⟶Me(HCO3)2{\displaystyle {\ce {MeCO3 + CO2 + H2O -> Me(HCO3)2}}}, где Me — бивалентный катион металла.
Наиболее востребованный в промышленности и бытугидрокарбонат натрияполучают по так называемому аммиачно-хлоридному способу. Гидрокарбонат натрия гораздо хуже растворим в ледяной воде, поэтому его можно отделить от хорошо растворимого хлорида аммония отделением осадка с помощьюфильтрования:
NaCl+NH3+CO2+H2O→0°CNaHCO3↓+NH4Cl{\displaystyle {\ce {NaCl + NH3 + CO2 + H2O ->[{0 °C}] NaHCO3v + NH4Cl}}}
При нагревании гидрокарбонаты разлагаются на соответствующий карбонат, воду и углекислый газ:
2NaHCO3→tNa2CO3+CO2+H2O{\displaystyle {\ce {2NaHCO3->[t] Na2CO3 + CO2 + H2O}}}
Гидролизгидрокарбонат-иона происходит по схеме:
HCO3−+H2O↽−−⇀OH−+H2CO3{\displaystyle {\ce {HCO3- + H2O <=> OH- + H2CO3}}}
Из-за этого водные растворы гидрокарбонатов всегда имеют слабощелочную или щелочную реакцию.
Взаимодействие со щелочами:
HCO3−+OH−⟶CO32−+H2O{\displaystyle {\ce {HCO3- + OH- -> CO3^2- + H2O}}}
С кислотами:
HCO3−+H3O+⟶CO2+2H2O{\displaystyle {\ce {HCO3- + H3O+ -> CO2 + 2H2O}}}
Далее углекислый газ взаимодействует с водой с образованием угольной кислоты. Происходит это до тех пор, пока его концентрация не начнёт превышать равновесную для системы «угольная кислота/вода и углекислый газ», после чего начнут образовываться пузырьки газа. В кислой среде карбонаты и гидрокарбонаты разлагаются с образованием углекислого газа.
Гидрокарбонат натрия(сода) используется в производстве искусственныхминеральных вод, как действующий компонент огнетушителей. Также применяется в кондитерском деле, хлебопечении, в быту, в медицине, а также в качестве универсального «мягкого» нейтрализатора кислот.
Гидрокарбонат аммонияиспользуется в пищевой промышленности в качестве разрыхлителя для плоских хлебобулочных изделий, таких какпеченьеикрекеры.
В организме гидрокарбонат-ион является неотъемлемой частьюгидрокарбонатной буферной системы, регулирующей постоянство pH крови. 70–75 % СО2в организме превращается в угольную кислоту (Н2СО3), которая является сопряжённой кислотой по отношению к гидрокарбонат-иону и может быстро превратиться в него.
С угольной кислотой бикарбонат в сочетании с водой,ионами гидроксонияи углекислым газом образует буферную систему, которая поддерживается в равновесии, необходимом для обеспечения устойчивости к изменениям pH. Это особенно важно для защиты тканей центральной нервной системы, где изменения pH, выходящие за пределы нормального диапазона в любом направлении, могут оказаться катастрофическими (см.ацидозиалкалоз).
Кроме того, бикарбонат играет ключевую роль впищеварительной системе. Он повышает pH содержимогодвенадцатиперстной кишкипосле того, как очень кислыйжелудочный сокзакончил переваривать пищу вжелудке.
Гидрокарбонат-ион является преобладающей формой растворённого неорганического углерода в морской воде и в большинстве пресных вод. Он является важным поглотителем углерода вуглеродном цикле.
В экологии пресных вод сильная фотосинтетическая активность пресноводных растений при дневном свете способствует выделению в воду газообразного кислорода и гидрокарбонат-ионов. Далее они сдвигают pH в щелочную сторону до тех пор, пока при определенных обстоятельствах уровень щелочности не станет токсичным для некоторых организмов или не сделает токсичными другие химические компоненты (например, аммиак). В темноте, когда фотосинтез практически не происходит, в результате процессов дыхания выделяется углекислый газ, и новые ионы бикарбоната не образуются, что приводит к быстрому падению рН.
Выщелачивание некоторых горных пород происходит благодаря превращению их в гидрокарбонаты из карбонатов под действием дождевой воды с растворённым в ней углекислым газом. В то же время данный процесс обратим и является частью цикла круговорота углерода в природе.