Роль угольной кислоты в живой и неживой природе

Угольная кислоте и её роль в живой и неживой природе Получить   угольную   кислоту,   выделив   её   в   чистом   виде   удалось   лишь   на холоде   при   —30°С,   проводя   реакцию   обмена   между   хлороводородом   и гидрокарбонатом   натрия   в   среде   жидкого   эфира.   В   этих   условиях   кристаллы угольной кислоты устойчивы. Но как только температура поднимается, они бурно разлагаются на углекислый газ и воду. При комнатных условиях от них остается лишь  слабый   водный   раствор,  содержащий   примерно  0,002%  неразложившейся угольной  кислоты.   Такой   раствор  знаком  каждому  из   нас   в  виде   газированной воды. Только получают его обычно не разложением угольной кислоты, а обратной реакцией — насыщением воды углекислым газом под небольшим давлением. И хотя угольной кислоты там очень мало, ощутить ее кислый вкус можно вполне. Малая   концентрация  Н2СО3  в   водных   растворах   при   обычных   условиях   и   ее термическая нестойкость обусловливают низкую химическую активность угольной кислоты.   Она   медленно   и   неохотно   реагирует   с   металлами,   оксидами,   солями. Лишь   со   щелочами   реакция   протекает   довольно   быстро.   Большинство   металлов, имеющих   стойкие   оксидные   пленки   (Ni,   Со,  А1),  практически   не  растворяются   в угольной кислоте. Так что «химический портрет» этой кислоты на первый взгляд весьма невзрачный. Но, как это ни странно, для живой и неживой природы угольная кислота имеет значение не меньшее, чем, к примеру, серная. Попробуем разобраться в этом подробнее. В земной атмосфере содержится примерно  2300  млрд. т углекислого газа. В небольших количествах он постоянно растворяется   в   атмосферной   влаге   и   частично   переходит   в   угольную   кислоту. Таким   образом,   дождевая   вода   является   слабым   раствором   угольной   кислоты   и потому   имеет   реакцию   не   нейтральную,   а   слабокислую.   Конечно,   содержание угольной кислоты там малое, но последствия очень большие. Выпадая на землю и проходя   через   почву   и   горные   породы,   этот   слабый   раствор   угольной   кислоты постепенно   растворяет   содержащиеся  там   карбонаты   кальция   и  магния.  Кстати   в чистой воде данные соединения нерастворимы, но угольная кислота превращает их в гидрокарбонаты: СаСОз + Н2СО3 = Са(НСО3)2 Растворимость же гидрокарбонатов имеет заметную величину. Присутствие гидрокарбонатов магния и кальция делает воду колодцев, ручьев, рек   и   озер   жесткой.   Людям   жесткость   воды   доставляет   много   хлопот.   Мыло   в такой воде плохо мылится и быстро «сворачивается». При кипячении жесткой воды на   стенках   посуды   образуется   слой   накипи,   так   как   гидрокарбонаты   термически нестойки и легко разрушаются при нагревании, образуя нерастворимые карбонаты: Са(НСО3)2 = СаСОз + Н2О + CО2 Накипь, состоящая из карбонатов кальция и магния, плохо проводит теплоту и   потому   способствует   перегреву   стенок   и   быстрому   износу   посуды.   Особенно страдают   от   накипи   паровые   котлы   теплоцентралей.   Чтобы   повысить   срок   их службы, приходится воду предварительно умягчать. А это стоит недешево. При испарении жесткой воды на поверхности всегда остается слой карбонатов. По   этой   причине   полотенце,   которым   вытирают   лицо   и   руки,   постепенно становится очень грубым, а в графине или иной посуде с водой появляются белые ободки   карбонатов.   Такие   же   беловатые   пятна   можно   наблюдать   в   ванной,   на раковине, в поддоне посудной сушилки на кухне и т. д. Угольная   кислота   причастна   также  к  миграции   огромных  количеств  кальция  и магния по планете. Растворенные с ее помощью карбонаты магния и кальция вместе Угольная кислоте и её роль в живой и неживой природе Получить   угольную   кислоту,   выделив   её   в   чистом   виде   удалось   лишь   на холоде   при   —30°С,   проводя   реакцию   обмена   между   хлороводородом   и гидрокарбонатом   натрия   в   среде   жидкого   эфира.   В   этих   условиях   кристаллы угольной кислоты устойчивы. Но как только температура поднимается, они бурно разлагаются на углекислый газ и воду. При комнатных условиях от них остается лишь  слабый   водный   раствор,  содержащий   примерно  0,002%  неразложившейся угольной  кислоты.   Такой   раствор  знаком  каждому  из   нас   в  виде   газированной воды. Только получают его обычно не разложением угольной кислоты, а обратной реакцией — насыщением воды углекислым газом под небольшим давлением. И хотя угольной кислоты там очень мало, ощутить ее кислый вкус можно вполне. Малая   концентрация  Н2СО3  в   водных   растворах   при   обычных   условиях   и   ее термическая нестойкость обусловливают низкую химическую активность угольной кислоты.   Она   медленно   и   неохотно   реагирует   с   металлами,   оксидами,   солями. Лишь   со   щелочами   реакция   протекает   довольно   быстро.   Большинство   металлов, имеющих   стойкие   оксидные   пленки   (Ni,   Со,  А1),  практически   не  растворяются   в угольной кислоте. Так что «химический портрет» этой кислоты на первый взгляд весьма невзрачный. Но, как это ни странно, для живой и неживой природы угольная кислота имеет значение не меньшее, чем, к примеру, серная. Попробуем разобраться в этом подробнее. В земной атмосфере содержится примерно  2300  млрд. т углекислого газа. В небольших количествах он постоянно растворяется   в   атмосферной   влаге   и   частично   переходит   в   угольную   кислоту. Таким   образом,   дождевая   вода   является   слабым   раствором   угольной   кислоты   и потому   имеет   реакцию   не   нейтральную,   а   слабокислую.   Конечно,   содержание угольной кислоты там малое, но последствия очень большие. Выпадая на землю и проходя   через   почву   и   горные   породы,   этот   слабый   раствор   угольной   кислоты постепенно   растворяет   содержащиеся  там   карбонаты   кальция   и  магния.  Кстати   в чистой воде данные соединения нерастворимы, но угольная кислота превращает их в гидрокарбонаты: СаСОз + Н2СО3 = Са(НСО3)2 Растворимость же гидрокарбонатов имеет заметную величину. Присутствие гидрокарбонатов магния и кальция делает воду колодцев, ручьев, рек   и   озер   жесткой.   Людям   жесткость   воды   доставляет   много   хлопот.   Мыло   в такой воде плохо мылится и быстро «сворачивается». При кипячении жесткой воды на   стенках   посуды   образуется   слой   накипи,   так   как   гидрокарбонаты   термически нестойки и легко разрушаются при нагревании, образуя нерастворимые карбонаты: Са(НСО3)2 = СаСОз + Н2О + CО2 Накипь, состоящая из карбонатов кальция и магния, плохо проводит теплоту и   потому   способствует   перегреву   стенок   и   быстрому   износу   посуды.   Особенно страдают   от   накипи   паровые   котлы   теплоцентралей.   Чтобы   повысить   срок   их службы, приходится воду предварительно умягчать. А это стоит недешево. При испарении жесткой воды на поверхности всегда остается слой карбонатов. По   этой   причине   полотенце,   которым   вытирают   лицо   и   руки,   постепенно становится очень грубым, а в графине или иной посуде с водой появляются белые ободки   карбонатов.   Такие   же   беловатые   пятна   можно   наблюдать   в   ванной,   на раковине, в поддоне посудной сушилки на кухне и т. д. Угольная   кислота   причастна   также  к  миграции   огромных  количеств  кальция  и магния по планете. Растворенные с ее помощью карбонаты магния и кальция вместе с   водой   миллионов   ручейков,   речек   и   рек   уносятся   в   моря   и   океаны.   Общее количество   гидрокарбонатов   кальция   и   магния,   вносимое   реками   в     Мировой океан, достигает 1700 млн. т за год. Большая  часть этих солей оседает на дно, а некоторое количество используется морскими животными при построении раковин, панцирей,   шипов,   зубов   и   т.   д.   После   отмирания   животных   все   это   опять   же попадает   на   дно.   Таким   образом,   в   некоторых   частях   Мирового   океана   на   дне скапливаются   горы   карбонатов.   Их   иногда   называют   меловыми   горами.   А поскольку наша Земля, как полагают геологи, — это расплавленный шар, покрытый сверху   сравнительно   тонкой   «корочкой»   застывших   пород   то   под   влиянием различных геологических процессов форма «корочки» время от времени меняется. В   результате   земная   суша   может   опуститься   и   стать   морским   дном,   а   бывшее морское   дно   вместе   с   горами   подняться   и   стать   сушей.   Именно   так   возникли, например, меловые горы, в обрамлении которых текут Волга и Дон. Но как только горы карбонатов оказываются на суше, дождевая вода с помощью угольной кислоты снова начинает их постепенно растворять и переносить в океан. Так   кочуют   по   планете   огромные   массы   кальция   и   магния   уже   многие   миллионы лет. Кстати, растворение карбонатов угольной кислотой способствует образованию в карбонатных   породах   пустот   и   пещер   самых   причудливых   форм.   А   обратный процесс   —   переход   растворимых   гидрокарбонатов   в   нерастворимые   карбонаты приводит к появлению в пещерах уникальных творений природы — сталактитов и сталагмитов. Что касается живой природы, то здесь роль угольной кислоты еще не выяснена окончательно.   Дело   в   том,   что   очень   трудно   различать   «деяния»   самой   угольной кислоты   и   ее   ангидрида   СО2.   Фактически   эти   два   вещества   почти   всегда сосуществуют и действуют сообща. Как известно, для фотосинтеза основными ис­ ходными веществами являются вода и углекислый газ. Но любая природная вода, всасываемая корнями растения, содержит растворенный углекислый газ, а значит, и угольную кислоту. В то же время, поглощая листьями углекислый газ из воздуха, растение   переводит   его   в   раствор.   А   при   этом   опять   же   образуется   угольная кислота. Таким образом, угольная кислота и ее ангидрид являются  неразлучными спутниками и в фотосинтезе, и во всех других биохимических процессах.  Видимо, поэтому   биологи   не   очень­то   различают   эти   два   вещества,   называя   их   просто   — углекислотой. Реакция   фотосинтеза,   к   которой   причастна   углекислота,   заслуживает   того, чтобы о ней поговорить особо. Вся растущая, плавающая, ползающая, летающая и бегающая биомасса земной суши (а это около 10 млрд. т) и Мирового океана (около 30  млрд. т) — в конечном счете продукт этой реакции. В Мировом океане фото­ синтез происходит в основном в микроскопических водорослях — фитопланктоне, на земной суше эта реакция идет в зеленых частях растений. Именно там paботают миллиарды   крохотных  хлорофилловых  фабрик,  производящих  самое  необходимое для живых существ — кислород и пищу. По этой причине зеленый лист растения люди часто изображают символом жизни на Земле. К сожалению, люди часто забывают о своих главных кормильцах — растениях. Удовлетворяя   все   возрастающие   потребности,   человек   асфальтом   и   бетоном наступает   на   леса   и   поля,   сужая   царство   зеленого   листа.   К   чему   это   может привести,   понять   нетрудно.   Иллюзия   беспредельного   могущества   человека   и неисчерпаемости природы крайне опасна. Уже сейчас, например, США не хватает «своего»   кислорода,   и   жизнь   этой   страны   поддерживается   за   счет   кислорода, с   водой   миллионов   ручейков,   речек   и   рек   уносятся   в   моря   и   океаны.   Общее количество   гидрокарбонатов   кальция   и   магния,   вносимое   реками   в     Мировой океан, достигает 1700 млн. т за год. Большая  часть этих солей оседает на дно, а некоторое количество используется морскими животными при построении раковин, панцирей,   шипов,   зубов   и   т.   д.   После   отмирания   животных   все   это   опять   же попадает   на   дно.   Таким   образом,   в   некоторых   частях   Мирового   океана   на   дне скапливаются   горы   карбонатов.   Их   иногда   называют   меловыми   горами.   А поскольку наша Земля, как полагают геологи, — это расплавленный шар, покрытый сверху   сравнительно   тонкой   «корочкой»   застывших   пород   то   под   влиянием различных геологических процессов форма «корочки» время от времени меняется. В   результате   земная   суша   может   опуститься   и   стать   морским   дном,   а   бывшее морское   дно   вместе   с   горами   подняться   и   стать   сушей.   Именно   так   возникли, например, меловые горы, в обрамлении которых текут Волга и Дон. Но как только горы карбонатов оказываются на суше, дождевая вода с помощью угольной кислоты снова начинает их постепенно растворять и переносить в океан. Так   кочуют   по   планете   огромные   массы   кальция   и   магния   уже   многие   миллионы лет. Кстати, растворение карбонатов угольной кислотой способствует образованию в карбонатных   породах   пустот   и   пещер   самых   причудливых   форм.   А   обратный процесс   —   переход   растворимых   гидрокарбонатов   в   нерастворимые   карбонаты приводит к появлению в пещерах уникальных творений природы — сталактитов и сталагмитов. Что касается живой природы, то здесь роль угольной кислоты еще не выяснена окончательно.   Дело   в   том,   что   очень   трудно   различать   «деяния»   самой   угольной кислоты   и   ее   ангидрида   СО2.   Фактически   эти   два   вещества   почти   всегда сосуществуют и действуют сообща. Как известно, для фотосинтеза основными ис­ ходными веществами являются вода и углекислый газ. Но любая природная вода, всасываемая корнями растения, содержит растворенный углекислый газ, а значит, и угольную кислоту. В то же время, поглощая листьями углекислый газ из воздуха, растение   переводит   его   в   раствор.   А   при   этом   опять   же   образуется   угольная кислота. Таким образом, угольная кислота и ее ангидрид являются  неразлучными спутниками и в фотосинтезе, и во всех других биохимических процессах.  Видимо, поэтому   биологи   не   очень­то   различают   эти   два   вещества,   называя   их   просто   — углекислотой. Реакция   фотосинтеза,   к   которой   причастна   углекислота,   заслуживает   того, чтобы о ней поговорить особо. Вся растущая, плавающая, ползающая, летающая и бегающая биомасса земной суши (а это около 10 млрд. т) и Мирового океана (около 30  млрд. т) — в конечном счете продукт этой реакции. В Мировом океане фото­ синтез происходит в основном в микроскопических водорослях — фитопланктоне, на земной суше эта реакция идет в зеленых частях растений. Именно там paботают миллиарды   крохотных  хлорофилловых  фабрик,  производящих  самое  необходимое для живых существ — кислород и пищу. По этой причине зеленый лист растения люди часто изображают символом жизни на Земле. К сожалению, люди часто забывают о своих главных кормильцах — растениях. Удовлетворяя   все   возрастающие   потребности,   человек   асфальтом   и   бетоном наступает   на   леса   и   поля,   сужая   царство   зеленого   листа.   К   чему   это   может привести,   понять   нетрудно.   Иллюзия   беспредельного   могущества   человека   и неисчерпаемости природы крайне опасна. Уже сейчас, например, США не хватает «своего»   кислорода,   и   жизнь   этой   страны   поддерживается   за   счет   кислорода, производимого растениями   других   государств.  Поэтому   не случайно  в  настоящее время во всех странах мира ширится движение за охрану окружающей среды и за разумное ограничение потребностей человека. В   заключение   несколько   слов   об   угольной   кислоте   вне   Земли.   Исследования межпланетных космических станций показали, что большая часть атмосферы Вене­ ры  ( ~   97%)  состоит   из   углекислого   газа.   А   поскольку   там   есть   вода,   то   должна быть  и угольная  кислота  в  капельках  тумана,  находящегося  в  верхних,  холодных слоях   атмосферы.   Примерно   то   же   самое   можно   сказать   о   Марсе.   95%   его атмосферы образует углекислый газ, имеется небольшое количество воды, значит, образование   угольной   кислоты   там   вполне   возможно.   Особенно   вероятен   этот процесс на полюсах, где имеются мощные полярные шапки, состоящие в основном из твердой углекислоты. Аналогичная картина наблюдается на других планетах, их спутниках   и   астероидах.   Вполне   возможно,  что  некоторые   астероиды   Солнечной системы, сильно удаленные  от центрального светила, тоже   содержат значительные количества твердой угольной кислоты. производимого растениями   других   государств.  Поэтому   не случайно  в  настоящее время во всех странах мира ширится движение за охрану окружающей среды и за разумное ограничение потребностей человека. В   заключение   несколько   слов   об   угольной   кислоте   вне   Земли.   Исследования межпланетных космических станций показали, что большая часть атмосферы Вене­ ры  ( ~   97%)  состоит   из   углекислого   газа.   А   поскольку   там   есть   вода,   то   должна быть  и угольная  кислота  в  капельках  тумана,  находящегося  в  верхних,  холодных слоях   атмосферы.   Примерно   то   же   самое   можно   сказать   о   Марсе.   95%   его атмосферы образует углекислый газ, имеется небольшое количество воды, значит, образование   угольной   кислоты   там   вполне   возможно.   Особенно   вероятен   этот процесс на полюсах, где имеются мощные полярные шапки, состоящие в основном из твердой углекислоты. Аналогичная картина наблюдается на других планетах, их спутниках   и   астероидах.   Вполне   возможно,  что  некоторые   астероиды   Солнечной системы, сильно удаленные  от центрального светила, тоже   содержат значительные количества твердой угольной кислоты.