Список веществ по алфовитy а б в г д е ж з и к л м н п р с т у ф х ц ч ш э ю я


У́гольная кислота́ — слабая двухосновная кислота с химической формулой H2CO3. В чистом виде неустойчива

Химические свойства

Равновесие в водных растворах и кислотность

Угольная кислота существует в водных растворах в состоянии равновесия с гидратом диоксида углерода:

mathrm{CO_2 cdot H_2O_{(p)}  
ightleftarrows  H_2CO_{3(p)} }, константа равновесия при 25 °C K_p = frac{mathrm{[H_2CO_3]}}{mathrm{[CO_2 cdot H_2O]}} = 1,70cdot 10^{-3}

Скорость прямой реакции 0,039 с−1, обратной — 23 с−1.

В свою очередь растворённый гидрат диоксида углерода находится в равновесии с газообразным диоксидом углерода:

mathrm{CO_2 cdot H_2O_{(p)}  
ightleftarrows  CO_2 uparrow + H_2O}

Данное равновесие при повышении температуры сдвигается вправо, а при повышении давления — влево (подробнее см. Абсорбция газов).

Угольная кислота подвергается обратимому гидролизу, создавая при этом кислую среду:

mathrm{H_2CO_3 + H_2O 
ightleftarrows  HCO_3^- + H_3O^+}, константа кислотности при 25 °C K_{a1} = frac{mathrm{[HCO_3^-]  cdot  [H_3O^+]}}{mathrm{[H_2CO_3]}} = 2,5 cdot 10^{-4}

Однако, для практических расчётов чаще используют кажущуюся константу кислотности, учитывающую равновесие угольной кислоты с гидратом диоксида углерода:

K_a = frac{mathrm{[HCO_3^-]  cdot  [H_3O^+]}}{mathrm{[CO_2 cdot H_2O]}} = 4,27 cdot 10^{-7}

Гидрокарбонат-ион подвергается дальнейшему гидролизу по реакции

mathrm{HCO_3^- + H_2O 
ightleftarrows  CO_3^{2-} + H_3O^+}, константа кислотности при 25 °C K_{a2} = frac{mathrm{[CO_3^{2-}]  cdot  [H_3O^+]}}{mathrm{[HCO_3^-]}} = 4,68 cdot 10^{-11}

Таким образом, в растворах, содержащих угольную кислоту, создается сложная равновесная система, которую можно изобразить в общем виде следующим образом:

mathrm{CO_2 uparrow stackrel{H_2O}{
ightleftarrows}  CO_2 cdot H_2O 
ightleftarrows  H_2CO_3 stackrel{-H^+}{
ightleftarrows}  HCO_3^- stackrel{-H^+}{
ightleftarrows}  CO_3^{2-}  (*)}

Значение pH в такой системе, соответствующей насыщенному раствору диоксида углерода в воде при 25 °C и давлении 760 мм рт. ст, можно рассчитать по формуле:

mathrm{pH} approx - frac{1}{2} lg (K_a cdot L) = 3,9, где L = 0,034 моль/л — растворимость CO2 в воде при указанных условиях.

Разложение

При повышении температуры раствора и/или понижении парциального давления диоксида углерода равновесие в системе mathrm{(ast)} смещается влево, что приводит к разложению части угольной кислоты на воду и диоксид углерода. При кипении раствора угольная кислота разлагается полностью:

mathrm{H_2CO_3 longrightarrow  H_2O + CO_2 uparrow}

Взаимодействие с основаниями и солями

Угольная кислота вступает в реакции нейтрализации с растворами оснований, образуя средние и кислые соли — карбонаты и гидрокарбонаты:

mathrm{H_2CO_3 + 2 NaOH}(конц)mathrm{longrightarrow  Na_2CO_3 + 2 H_2O}
mathrm{H_2CO_3 + NaOH}(разб)mathrm{longrightarrow  NaHCO_3 + H_2O}
mathrm{H_2CO_3 + Ca(OH)_2 longrightarrow  CaCO_3 downarrow + 2 H_2O}
mathrm{H_2CO_3 + NH_3 cdot H_2O longrightarrow  NH_4HCO_3 + H_2O}

При взаимодействии угольной кислоты с карбонатами образуются гидрокарбонаты:

mathrm{H_2CO_3 + Na_2CO_3 longrightarrow 2 NaHCO_3}
mathrm{H_2CO_3 + CaCO_3 longrightarrow  Ca(HCO_3)_2}

Получение

Угольная кислота образуется при растворении в воде диоксида углерода:

mathrm{CO_2 + H_2O 
ightleftarrows  CO_2 cdot H_2O 
ightleftarrows  H_2CO_3}

Содержание угольной кислоты в растворе увеличивается при понижении температуры раствора и увеличении давления углекислого газа.

Также угольная кислота образуется при взаимодействии её солей (карбонатов и гидрокарбонатов) с более сильной кислотой. При этом бо́льшая часть образовавшейся угольной кислоты, как правило, разлагается на воду и диоксид углерода:

mathrm{Na_2CO_3 + 2 HCl longrightarrow 2 NaCl + H_2CO_3}
mathrm{H_2CO_3 longrightarrow  H_2O + CO_2 uparrow}

 Образуется в малых количествах при растворении углекислого газа в воде[1], в том числе и углекислого газа извоздуха. Образует ряд устойчивых неорганических и органических производных: соли (карбонаты и гидрокарбонаты),сложные эфирыамиды и др.