Чим більше людина дізнається про навколишній його світі, тим більше усвідомлює обмеженість і недосконалість своїх знань. Візьмемо, наприклад, газовану воду. Як відомо, даний напій відрізняється від інших тим, що в ньому міститься в невеликих дозах вугільна кислота, яка відразу ж починає розпадатися, як тільки ми відкрутимо пробку на пляшці. Тому у нас не викликає сумнівів твердження в підручнику хімії про те, що дана речовина є вкрай нестійким. У газовій фазі воно дуже швидко перетворюється в суміш звичайної води і звичного вуглекислого газу. Однак, як показали останні дослідження, з цим цілком можна посперечатися. Але спочатку давайте згадаємо, що представляє собою дана речовина.
Що таке вугільна кислота?
Формула цього хімічної сполуки виглядає досить просто: Н 2 СО 3. Наявність двох атомів водню вказує на те, що ця кислота є двоосновний, а її нестійкість говорить про її слабкість. Як відомо, у воді відбувається дисоціація кислот, і розглядається з'єднання не підпадає під виключення. Втім, тут є одна особливість: через наявність двох підстав даний процес відбувається в два етапи:
H 2 СО 3 ↔ Н + + НСО 3 -,
НСО 3 - ↔ Н + + СО3 2-.
При взаємодії з сильною основою вугільна кислота утворює нормальні або кислі карбонати. Останні відрізняються тим, що у них заміщується не два, а всього лише один атом водню. Яскравим прикладом нормального карбонату є пральна сода (Na 2 CO 3), а роль зразка гідрокарбонату може грати харчова сода (NaHCO 3). 
Що вдалося виявити вченим?
При протонировании безводного бікарбонату калію (КНСО 3) при температурі -110 o C водень вибиває атом К. В результаті виходить дуже чиста вугільна кислота. Пізніше було знайдено ще більш легкий спосіб - нагрівання у вакуумі NH 4 HCO 3. В результаті такого розкладу бікарбонату амонію виділяється амоній і формується безводна вугільна кислота. Остання виявляє дивовижну стабільність при сублімації у вакуумі. Коли вчені почали досліджувати цей феномен, виявилося, що причина криється в значенні енергетичного бар'єру. Для безводного з'єднання Н 2 СО 3 він становить 44 ккал / моль, а коли є вода, його величина виявляється майже в два рази нижче - 24 ккал / моль. Так що при відповідних умовах вугільна кислота цілком може перебувати у вільному вигляді. Втім, дане відкриття цікаве не тільки з точки зору теорії хімії. Його практична цінність в тому, що воно дозволило по-новому вивчити процес дихання. Тепер вчені вважають, що формування в живому організмі вугільної кислоти прискорюється за допомогою особливого ферменту, і як раз це і дозволяє швидко видаляти вуглекислий газ з клітин спочатку в кров, а потім в легені. 
Даним відкриттям також не забули скористатися астрономи: вільний стан вуглекислоти дозволило їм провести її спектральний аналіз, і тепер це з'єднання можна буде ідентифікувати в атмосфері оточуючих нас планет. Все це наводить на думку про те, що в світі ще повно різних таємниць і секретів. Схоже, сучасні підручники не раз доведеться переписувати, уточнюючи старі і відкриваючи нові знання.
Загальні відомості Вугільна кислота слабка двухосновная кислота. У чистому вигляді не виділена. Утворюється в малих кількостях при розчиненні вуглекислого газу у воді, в тому числі і вуглекислого газу з повітря. Утворює ряд стійких неорганічних і органічних похідних: солі (карбонати і гідрокарбонати), складні ефіри, аміди і ін.
Розкладання При підвищенні температури розчину і / або зниженні парціального тиску діоксиду вуглецю рівновагу в системі зміщується вліво, що призводить до розкладання частини вугільної кислоти на воду і діоксид вуглецю. При кипінні розчину вугільна кислота розкладається повністю:
Отримання Вугільна кислота утворюється при розчиненні у воді діоксиду вуглецю. Зміст вугільної кислоти в розчині збільшується при зниженні температури розчину і збільшенні тиску вуглекислого газу. Також вугільна кислота утворюється при взаємодії її солей (карбонатів і гідрокарбонатів) з більш сильною кислотою. При цьому велика частина утворилася вугільної кислоти, як правило, розкладається на воду і діоксид вуглецю
Застосування Вугільна кислота завжди присутній у водних розчинах вуглекислого газу (газована вода). У біохімії використовується властивість рівноважної системи змінювати тиск газу пропорційно зміні змісту іонів оксония (кислотності) при постійній температурі. Це дозволяє реєструвати в реальному часі хід ферментативних реакцій, що протікають зі зміною pH розчину
Органічні похідні Вугільну кислоту формально можна розглядати як карбонову кислоту з гідроксильною групою замість вуглеводневої залишку. На цій посаді вона може утворювати всі похідні, характерні для карбонових кислот. Деякі представники подібних з'єднань перераховані в таблиці. Клас з'єднань Приклад з'єднання Складні ефіри полікарбонати Хлорангідрідифосген Амідимочевіна Нітрілиціановая кислота Ангідрідипіроугольная кислота
Оксид вуглецю (IV), вугільна кислота і її солі
Д іоксід вуглецюСО 2 (вуглекислий газ) - при звичайних умовах це газ без кольору і запаху, злегка кислуватого смаку, важкий її повітря приблизно в 1,5 рази, розчинний у воді, досить легко зріджується (при кімнатній температурі під тиском близько 60 ∙ 10 5 па його можна перетворити в рідину). При охолодженні до -56,2ºС рідкий діоксид вуглецю твердне і перетворюється в снегообразную масу.
У вс ех агрегатних станах складається з неполярних лин ейних молекул. хімічна будова молекули СО2 визначається sp-гібридизацією центрального атома вуглецю і утворенням додаткових π р-р -зв'язків: О \u003d С \u003d О.
Деяка частина розчиненого в волі СО 2 взаємодіє з нею сообразованіем вугільної кислоти:
СО 2 + Н 2 О ↔ СО 2 ∙ Н 2 О ↔ Н 2 СО 3.
Вуглекислий газ дуже легко поглинається розчинами лугів з утворенням карбонатів і гідрокарбонатів:
СО 2 + 2NaOH \u003d Na 2 CO 3 + H 2 O; СО 2 + NaOH \u003d NaHCO 3.
Молекули СО 2 дуже стійкі термічно, розпад починається тільки при температурі 2000ºС. З цієї причини діоксид вуглецю не горить і не підтримує горіння звичайного палива. Але в його атмосфері горять деякі прості речовини, Атоми яких виявляють велику спорідненість до кисню, наприклад, магній при нагріванні загоряється в атмосфері СО 2.
Вугільна кислота H 2 CO 3 - з'єдн ення нетривке, існує тільки у водних розчинах. Велика частина розчиненого у воді вуглекислого газу знаходиться у вигляді гідратованих молекул CO 2, менша - утворює вугільну кислоту.
Водні розчини, що знаходяться в рівновазі з CO 2 атмосфери, є кислими: \u003d 0,04 М і рН ≈ 4.
Вугільна кислота - двухосновная, відноситься до слабких електролітів, дисоціює ступінчасто (К 1 \u003d 4, 4 ∙ 10 -7; К2 \u003d 4, 8 ∙ 10 -11). При розчиненні CO 2 в воді встановлюється наступне динамічна рівновага:
H 2 O + CO 2 ↔ CO 2 ∙ H 2 O ↔ H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 -
При нагріванні водного розчину вуглекислого газу розчинність газу знижується, CO 2 виділяється з розчину, і рівновагу зміщується вліво.
Будучи двухосновной, вугільна кислота утворює два ряди солей: середні солі (карбонати) і кислі (гідрокарбонати). Більшість солей вугільної кислоти безбарвні. З карбонатів розчинні у воді лише солі лужних металів і амонію.
У воді карбонати піддаються гідролізу, і в зв'язку з цим їх розчини мають лужну реакцію:
Na 2 CO 3 + H 2 O ↔ NaHCO 3 + NaOH.
Подальший гідроліз з утворенням вугільної кислоти в звичайних умовах практично не йде.
Розчинення у воді гідрокарбонатів також супроводжується гідролізом, але в значно меншому ступені, і середовище створюється слабощелочная (рН ≈ 8).
Карбонат амонію (NH 4) 2 CO 3 відрізняється великою летючість при підвищеній і навіть при звичайній температурі, особливо в присутності парів води, які викликають сильний гідроліз.
Сильні кислоти і навіть слабка оцтова кислота витісняють з карбонатів вугільну кислоту:
K 2 CO 3 + H 2 SO 4 \u003d K 2 SO 4 + H 2 O + CO 2.
На відміну від більшості карбонатів, нд е гідрокарбонати у воді розчиняються. Οʜᴎ менш стійкі, ніж карбонати тих же металів і при нагріванні легко розкладаються, перетворюючись у відповідні карбонати:
2KHCO 3 \u003d K 2 CO 3 + H 2 O + CO 2;
Ca (HCO 3) 2 \u003d CaCO 3 + H 2 O + CO 2.
Сильними кислотами гідрокарбонати розкладаються, як і карбонати:
KHCO 3 + H 2 SO 4 \u003d KHSO 4 + H 2 O + CO 2
З солей вугільної кислоти найбільше значення мають карбонат натрію (сода), карбонат калію (поташ), карбонат кальцію (крейда, мармур, вапняк), гідрокарбонат натрію (питна сода) і основний карбонат міді (CuOH) 2 CO 3 (малахіт).
Основні солі вугільної кислоти у воді практично нерозчинні і при нагріванні легко розкладаються:
(CuOH) 2 CO 3 \u003d 2CuO + CO 2 + H 2 O.
Термічна стійкість карбонатів залежить від поляризаційних властивостей іонів, що входять до складу карбонату. Чим більше поляризующее дію надає катіон на карбонат-іон, тим нижче температура розкладання солі. У разі якщо катіон здатний легко деформуватися, то карбонат-іон сам також буде надавати поляризующее дію на катіон, що призведе до різкого зниження температури розкладання солі.
Карбонати натрію і калію плавляться без розкладання, а більшість інших карбонатів при нагріванні розкладаються на оксид металу і вуглекислий газ:
MgCO 3 \u003d MgO + CO 2.
Оксид вуглецю (II)
Молекула СО має наступну структуру
: З ≡ Про :
Дві зв'язку утворені за рахунок спарювання 2р-електронів атомів вуглецю і кисню, третя зв'язок утворена по донорно-акцепторного механізму за рахунок вільної 2р-орбіталі вуглецю і 2р- електронної пари атома кисню. Дипольний момент молекули незначний ен, при цьому ефективний заряд на атомі вуглецю негативний, а на атомі кисню - позитивний.
Оскільки будова молекули СО схоже з будовою молекули азота͵ схожі їх фізичні властивості. СО має дуже низькі температури плавлення (- 204ºС) і кипіння (- 191,5ºС), це безбарвний, дуже отруйний газ, без запаху, зовсім їм трохи легший за повітря. Погано розчинний у воді, і з нею не взаємодіє.
СО вважається несолеобразующіе оксидом, тому що при звичайних умовах не взаємодіє ні з кислотами, ні з лугами. Він утворюється при горінні вугілля і вуглецевих з'єдн еній при обмеженому доступі кисню, також при взаємодії вуглекислого газу з розпеченим вугіллям: СО 2 + С \u003d 2СО.
У лабораторії його отримують з мурвьіной кислоти дією на неї концентрованої сірчаної кислоти при нагріванні:
НСООН + H 2 SO 4 (конц.) \u003d CO + H 2 SO 4 ∙ H 2 O.
Можна використовувати також і щавлю евую кислоту. Сірчана кислота в цих реакціях виступає як водоотнимающее засіб.
У звичайних умовах СО хімічно досить ін ертен, але при нагріванні проявляє відновні властивості, що широко використовується в пирометаллургии для отримання деяких металів: Fe 2 O 3 + 3CO \u003d 2Fe + 3CO 2.
На повітрі СО горить блакитним полум'ям з виділ еніем великої кількості теплоти: 2СО + О2 \u003d 2СО 2 + 569 кДж.
Крім кисню на прямому сонячному світлі або в присутності каталізатора (активного вугілля) СО з'єднується з хлором, утворюючи фосген:
СО + Cl 2 \u003d COCl 2.
Фосген - безбарвний газ з характерним запахом. У воді він малорастворим, але як хлорангидрид вугільної кислоти поступово гідролізується за схемою: COCl 2 + 2H 2 O \u003d 2HCl + H 2 CO 3. Внаслідок високої токсичності фосген застосовували як бойова отруйна засіб в першу світову війну. Знешкодити його можна за допомогою гашеного вапна.
При нагріванні СО окислюється і сіркою: СО + S \u003d COS.
Молекула СО може виступати в якості ліганда в різних комплексних з'єдн еніях. За рахунок несвязивающей електронної пари вуглецю вона проявляє σ-донорні властивості, а за рахунок вільних π-розпушуючих орбіталей проявляє π-акцепторні властивості. Особливий інтерес представляють карбонільні комплекси d-металів, тому що термічним розкладанням карбонилов отримують метали високої чистоти.