Сразу точно обозначим, что мы сегодня начнем изучать. Сегодня разговор пойдет о солях, то есть веществах, состоящих из кислотного остатка и присоединенных к нему одного или нескольких атомов металла. Вам уже, конечно, знакомы соли соляной кислоты - хлориды, такие, как обычная поваренная соль - хлорид натрия NaCl. Радиолюбители вовсю использовали хлорид железа FeCl3. Мы также много экспериментировали с солями серной кислоты - сульфатами. Например такими, как сульфат меди - медный купорос CuSO4. Ну, а сейчас мы займемся солями угольной кислоты - карбонатами. Эти вещества окружают нас повсеместно. Но, несмотря на их обыденность и невысокую химическую активность, мы сможем узнать и пощупать практически много интересного.
КАРБОНАТЫ НАТРИЯ И КАЛИЯ
Натрий и калий - очень химически активные металлы, бурно взаимодействующие даже с водой. И весьма похожие по свойствам. Впервые люди смогли увидеть их в свободной металлической форме только с изобретением электролиза. Однако задолго до этого химики уже догадывались об их существовании и даже отличали их друг от друга. Во многих европейских языках натрий называется "содиум", а калий - "потассий". Все потому, что их индивидуальность впервые распознали в карбонатах - соде и поташе. Содой (иногда - "кальцинированной содой") называют карбонат натрия Na2CO3. Правда мы на наших кухнях обычно имеем дело с немного другой солью - гидрокарбонатом натрия NaHCO3. Это так называемая кислая соль - соединение, в котором к кислотному остатку присоединены и атомы водорода, как в кислоте, и атомы металла, как в соли. Хотя по химическим свойствам ничем кислым в пищевой соде "и не пахнет". Но об этом чуть позже.
Карбонат калия - поташ куда интереснее и практически важнее. Природа куда более богата на натрий - один только Мировой океан соленой воды чего стоит. Однако для питания растений важнее именно калий. Например у огурцов при нехватке калия начинается засыхание краев листьев, особенно старых нижних, а плоды принимают грушевидную форму.
Конечно, в таком случае можно было бы купить в магазине хлорид калия, но зачем фактически засаливать почву хлорид-ионами? Мы сможем сделать сами удобрение получше. Раз растениям нужен калий, то в разных растительных продуктах - соломе или древесине мы его и найдем. Просто сожгите некоторое количество дерева или соберите золу из костра. Затем растолките эти угли, чтобы они лучше контактировали с водой, залейте их водой и взбалтывайте несколько минут. Органика там вся сгорела, уголь в воде не растворяется, а вот поташ как раз и растворится в воде. Его раствор - вполне эффективная калийная подкормка. Кстати, сейчас еще не поздно начать замачивать семена огурцов, если вы хотите вырастить несколько кустиков на застекленном балконе. При удачных семенах вы сможете иметь приличный урожай до поздней осени.
КАРБОНАТЫ КАЛЬЦИЯ И МАГНИЯ
Уже миллиарды лет разные микроорганизмы, а затем и моллюски строят свои твердые скелеты из карбоната кальция CaCO3. Умирая, эти организмы создают со временем большие залежи таких осадочных пород, как всем нам знакомый мел и известняк. Все это минералы довольно рыхлые и непрочные, но иногда случается так, что слои известняка погребаются под толстыми слоями более поздних осадочных пород или вовлекаются в разные геологические процессы. И тогда под воздействием высоких давлений возникают метаморфические (т.е. превращенные) породы, вроде куда более плотного и прочного мрамора. Прозрачные кристаллы исландского шпата, благодаря которому открыли двойное лучепреломление и поляризацию света - это тоже карбонат кальция.
Однако это вещество доставляет нам и огорчения. Накипь, забивающая трубы отопления и чайники - это тоже карбонат кальция. Воду, содержащую заметные количества карбоната кальция называют "жёсткой". Она "недостаточно мокрая" - в ней плохо растворяется мыло, она плохо смачивает ткани и фотопленки. Правда, эту жёсткость называют "временной", так как при кипячении она устраняется, оседая на стенках, но зато освобождая воду. Но вот жёсткость воды, создаваемая карбонатом магния называется постоянной, так как кипячением не устраняется. Поэтому в моющие средства и в фотографические реактивы (разве что кроме тех, что предполагается готовить на дистиллированной воде) добавляют специальные вещества - умягчители воды. Они, например, переводят соли магния в нерастворимые комплексные соли, выпадающие в осадок. Вот почему в былые времена у локомотивных бригад не было соблазна набрать себе в чайник готового кипяточку из паровозного котла - по возможности в ту воду добавляли всякую химию, чтобы не забивать многочисленные тонкие трубки котла, чистить которые было еще той работенкой.
КАРБОНАТЫ ЖЕЛЕЗА И МЕДИ
Широко распространены в природе. Минерал сидерит (или железный шпат) - это карбонат железа. А голубовато-зеленый малахит - это карбонат меди. Только более сложный. Его точное химическое название карбонат гидроксомеди(II) (CuOH)2CO3.
Кстати, нет нужды бежать в ювелирный магазин за малахитовыми серьгами или брошкой, чтобы разжиться этим веществом для опытов. Этот налет сам собой образуется на старых медных предметах, а при активном действии влаги это происходит достаточно быстро. Вода, кислород, углекислый газ - вот всё, что необходимо для образования этого налета.
Но разберемся с тем, что же есть общего у свойств всех или большинства карбонатов.
ОСНОВНЫЕ (ЩЕЛОЧНЫЕ) СВОЙСТВА КАРБОНАТОВ
У всякого человека, получившего ясное, хотя бы начальное, знакомство с химией в голове складывается следующая схема: есть такие вещества - кислоты, порой очень едкие. И есть такие вещества - основания. Тоже бывают очень едкими, такие называют щелочами. Но их свойства противоположны кислотным. И если соединить основания с кислотами, то их свойства взаимно уничтожатся, дав нам соли - вещества не едкие и не особо активные. Эта реакция даже так и называется - реакция нейтрализации.
Однако свойства карбонатов во многом определяются тем, что лежащая в их основе кислота - угольная - одна из самых слабых. И, даже вступив в реакцию нейтрализации, она не вполне нейтрализует основные свойства металлической части соединения. Даже пищевая сода, которая наполовину соль, а наполовину - кислота, показывает не слишком сильную, но все-таки щелочную реакцию.
Как в этом убедиться? Есть такие вещества - химические индикаторы. Это довольно сложные органические соединения, изменяющие свою окраску в зависимости от того, в какую среду попадают - кислую, нейтральную или щелочную.
Фенолфталеин можно попытаться найти в аптеках, ведь это не что иное, как известное слабительное пурген. А лакмус сейчас чаще всего употребляют не в виде жидкости, а виде пропитанных ею бумажек. Такую индикаторную бумагу можно купить в магазинах для садоводов или заказать на Али.
Растворимые в воде щелочи мылкие на ощупь и обладают моющими свойствами. Вы можете сами попробовать почистить корпуса радиоаппаратуры или бытовой техники, особенно из светлой пластмассы, с помощью обычной пищевой соды. Получится не хуже, чем с помощью фирменных моющих средств.
В аниме-сериале "Доктор Стоун" один из персонажей получил хороший урожай, обработав почву порошком толченых ракушек, содержащим много карбоната кальция. В этом нет особой натяжки - такой процесс, который называется известкование почвы, убирает ее излишнюю кислотность и реально применяется в сельском хозяйстве. Полученный нами поташ обладает этим свойством в еще большей степени. На совсем незакисленных почвах оно может оказаться даже излишним. Позднее мы справимся и с этой проблемой, получив еще более эффективное удобрение, причем без покупных реактивов - нам понадобится только... воздух и вода, и кое-какое самодельное оборудование.
Применяется поташ и в пленочной фотографии. Дело в том, что проявляющие вещества работают только в щелочной среде. Самые активные щелочи, вроде гидроксидов натрия и калия слишком едкие, а их активность слишком меняется по мере их работы и истощения. Поташ здесь куда лучше.
(окончание следует)