Карбонатные равновесия

Карбонат кальция (кальцит) - один из очень распространенных и важных минералов. Его судьба отражает сложные процессы, вызвавшие изменения в земной коре, особенно связанные с концентрацией углекислоты в гидросфере. Рассмотрим некоторые особенности его поведения в природе.

Повышение кислотности растворов всегда приводит к растворению в нем карбоната кальция:

и, наоборот, увеличение щелочности нейтрализует предыдущую реакцию:

Са²⁺ +НСO₃^- +ОН^- =СаСO₃+Н₂O.

На рис. 7.1 показана зависимость концентрации углекислоты и продуктов ее диссоциации от рН растворов. Суммарная концентрация Н₂С0₃ равна 0,001 М. График дает представление о причинах растворения кальция в кислых условиях при избытке НСО₃ и его осаждения в виде кальцита при избытке ионов .

Для углекислоты характерны две ступени диссоциации:

, (7.1)

(7.2)

Рис. 7.1. Концентрация продуктов диссоциации углекислоты при 25° С в растворах при общем количестве растворенной углекислоты 0,001 М.

Вода, соприкасающаяся с атмосферой, имеет рН = 6,4 за счет Н⁺ ионов, присутствующих в ней в результате равновесия с углекислотой атмосферы. Однако наибольшее значение приобретает растворенный в морской воде карбонат кальция. В этом случае добавление кислоты приводит к реакции

H⁺+HCO₃^-=H₂CO₃,

а добавление щелочи — к реакции

H₂CO₃+OH^-=HCO^-₃+H₂O.

Добавление 3 мл 1М NaOH в морскую воду изменит рН только пределах 8±0,5, в то время как рН дистиллированной воды достигает 11,5. Это показывает, что углекислота, присутствующая в морской воде в виде бикарбоната, играет роль буфера, поддерживающего рН морской воды достаточно постоянным, несмотря на колебания концентраций в ней различных солей.