Как отмечалось выше (в разделе «Щелочность и кислотность»), карбонаты и гидрокарбонаты представляют собой компоненты, определяющие природную щелочность воды. Их содержание в воде обусловлено процессами растворения атмосферной СО2, взаимодействия воды с находящимися в прилегающих грунтах известняками и, конечно, протекающими в воде жизненными процессами дыхания всех водных организмов.
Определение карбонат- и гидрокарбонат-анионов является титриметрическим и основано на их реакции с водородными ионами в присутствии фенолфталеина (при определении карбонат-анионов) или метилового оранжевого (при определении гидрокарбонат-анионов) в качестве индикаторов. Используя эти два индикатора, удается наблюдать две точки эквивалентности: в первой точке (рН 8,0–8,2) в присутствии фенолфталеина полностью завершается титрование карбонат-анионов, а во второй (рН 4,1–4,5) – гидрокарбонат-анионов. По результатам титрования можно определить концентрации в анализируемом растворе основных ионных форм, обуславливающих потребление кислоты (гидроксо-, карбонат- и гидрокарбонат-анионов), а также величины свободной и общей щелочности воды, т.к. они находятся в стехиометрической зависимости от содержания гидроксил-, карбонат- и гидрокарбонат-анионов. Для титрования обычно используют титрованные растворы соляной кислоты с точно известным значением концентрации – 0,05 моль/л либо 0,1 моль/л.
Определение карбонат-анионов основано на реакции:
Присутствие карбонат-аниона в концентрациях, определяемых аналитически, возможно лишь в водах, рН которых более 8,0–8,2. В случае присутствия в анализируемой воде гидроксо-анионов при определении карбонатов протекает также реакция нейтрализации:
Определение гидрокарбонат-анионов основано на реакции:
Величина карбонатной жесткости рассчитывается с учетом эквивалентных масс участвующих в реакциях карбонат- и гидрокарбонат-анионов.
При анализе карбонатных природных вод правильность получаемых результатов зависит от величины потребления кислоты на титрование по фенолфталеину и метилоранжу. Если титрование в присутствии фенолфталеина обычно не вызывает трудностей, т.к. происходит изменение окраски от розовой до бесцветной, то в присутствии метилового оранжевого, при изменении окраски от желтой до оранжевой, определить момент окончания титрования иногда довольно сложно. Это может привести к значительной ошибке при определении объема кислоты, израсходованной на титрование. В этих случаях, для более четкого выявления момента окончания титрования, определение полезно проводить в присутствии контрольной пробы, для чего рядом с титруемой пробой помещают такую же порцию анализируемой воды (во второй склянке), добавляя такое же количество индикатора.
В результате титрования карбоната и гидрокарбоната, которое может выполняться как параллельно в разных пробах, так и последовательно в одной и той же пробе, для расчета значений концентраций необходимо определить общее количество кислоты в миллилитрах, израсходованной на титрование карбоната (VK) и гидрокарбоната (VГК). Следует иметь в виду, что при определении потребления кислоты на титрование по метилоранжу (VМО) происходит последовательное титрование и карбонатов, и гидрокарбонатов. По этой причине получаемый объем кислоты VМО содержит соответствующую долю, обусловленную присутствием в исходной пробе карбонатов, перешедших после реакции с катионом водорода в гидрокарбонаты, и не характеризует полностью концентрацию гидрокарбонатов в исходной пробе. Следовательно, при расчете концентраций основных ионных форм, обуславливающих потребление кислоты, необходимо учесть относительное потребление кислоты при титровании по фенолфталеину (VФ) и метилоранжу (VМО). Рассмотрим несколько возможных вариантов, сопоставляя величины VФ и VМО.
VФ = 0. Карбонаты, а также гидроксо-анионы в пробе отсутствуют, и потребление кислоты при титровании по метилоранжу может быть обусловлено только присутствием гидрокарбонатов.
VФ0, причем 2VФVМО. В данном случае в исходной пробе гидрокарбонаты отсутствуют, но присутствуют не только карбонаты, но и другие потребляющие кислоту анионы, а именно – гидроксо-анионы. При этом содержание последних эквивалентно составляет VОН = 2VФ – VМО. Содержание карбонатов можно рассчитать, составив и решив систему уравнений:
VФ = VМО. В исходной пробе отсутствуют и карбонаты, и гидрокарбонаты, и потребление кислоты обусловлено присутствием сильных щелочей, содержащих гидроксо-анионы.
Присутствие свободных гидроксо-анионов в заметных количествах (случаи 4 и 5) возможно только в сточных или загрязненных водах.
Массовые концентрации анионов (не солей!) рассчитываются на основании уравнений реакций потребления кислоты карбонатами (СК) и гидрокарбонатами (СГК) в мг/л по формулам:
где: VК и VГК – объем раствора соляной кислоты, израсходованный на титрование карбоната и гидрокарбоната соответственно, мл; Н – точная концентрация титрованного раствора соляной кислоты (нормальность), моль/л экв.; VА – объем пробы воды, взятой для анализа, мл; 60 и 61 – эквивалентная масса карбонат- и гидрокарбонат-аниона соответственно, в соответствующих реакциях; 1000 – коэффициент пересчета единиц измерений.
Результаты титрования по фенолфталеину и метилоранжу позволяют рассчитать показатель щелочности воды, который численно равен количеству эквивалентов кислоты, израсходованной на титрование пробы объемом 1 л. При этом потребление кислоты при титровании по фенолфталеину характеризует свободную щелочность, а по метилоранжу – общую щелочность, которая измеряется в ммоль/л. Показатель щелочности используется в России, как правило, при исследовании сточных вод. В некоторых других странах (США, Канаде, Швеции и др.) щелочность определяется при оценке качества природных вод и выражается массовой концентрацией в эквиваленте СаСО3.
Следует иметь в виду, что, при анализе сточных и загрязненных природных вод, получаемые результаты не всегда корректно отражают величины свободной и общей щелочности, т.к. в воде, кроме карбонатов и гидрокарбонатов, могут присутствовать соединения некоторых других групп (см. «Щелочность и кислотность»).
Оборудование и реактивы
Пипетка на 2 мл или на 5 мл, мерный шприц с наконечником и соединительной трубкой; пипетка-капельница; склянка с меткой «10 мл». Раствор индикатора метилового оранжевого (0,1%) водный; раствор индикатора фенолфталеина; раствор соляной кислоты титрованный (0,05 моль/л). Приготовление растворов см. приложение 3.
Выполнение анализа
А. Титрование карбонат-аниона
1. В склянку налейте до метки (10 мл) анализируемую воду.
2. Добавьте пипеткой 3–4 капли раствора фенолфталеина. Примечание. При отсутствии окрашивания раствора либо при слабо-розовом окрашивании считают, что карбонат-анион в пробе отсутствует (рН пробы меньше 8,0–8,2).
3. Постепенно титруйте пробу с помощью мерного шприца с наконечником либо мерной пипетки раствором соляной кислоты (0,05 моль/л) до тех пор, пока окраска побледнеет до слабо-розовой (практически бесцветной), и определите объем раствора соляной кислоты, израсходованный на титрование по фенолфталеину (VФ, мл).
Раствор после титрования карбонат-аниона оставьте для дальнейшего определения в нем массовой концентрации гидрокарбонат-аниона.
Б. Титрование гидрокарбонат-аниона
4. В склянку налейте до метки (10 мл) анализируемую воду либо используйте раствор после определения карбонат-аниона.
5. Добавьте пипеткой 1 каплю раствора метилового оранжевого. Примечание. Для более четкого определения момента окончания титрования определение полезно проводить в присутствии контрольной пробы, для чего рядом с титруемой пробой помещают такую же порцию анализируемой воды (во второй склянке), добавляя такое же количество индикатора.
6. Постепенно титруйте пробу с помощью мерного шприца с наконечником раствором соляной кислоты (0,05 моль/л) при перемешивании до перехода желтой окраски в оранжевую, определяя общий объем раствора, израсходованного на титрование по метилоранжу (VМО, мл). При использовании раствора после определения карбонат-аниона необходимо определить суммарный объем, израсходованный на титрование карбоната и гидрокарбоната. Примечание. Обязательно перемешивайте раствор при титровании! Момент окончания титрования определяйте по контрольной пробе.
С. Определение ионных форм, обуславливающих потребление кислоты на титрование
В зависимости от соотношения между количествами кислоты, израсходованными на титрование по фенолфталеину (VФ) и метилоранжу (VМО), по табл. 9 выберите подходящий вариант для вычисления ионных форм, обуславливающих потребление кислоты при титровании.
Определение ионных форм, обуславливающих потребление кислоты на титрование
Примерный порядок использования табл. 9. Выполните действия и ответьте на следующие вопросы.
Имеет ли раствор нулевую свободную щелочность? (Т.е. при добавлении фенолфталеина раствор не приобретает окраски или слегка розовеет.) Если да, то потребление кислоты обусловлено присутствием только гидрокарбонатов – см. графу 1 табл. 9.
Является ли потребление кислоты при титровании по фенолфталеину равным общему потреблению кислоты при титровании? Если да, то потребление кислоты обусловлено присутствием только гидроксил-анионов – см. графу 5 табл. 9.
Гидрокарбонаты (мг/л) в питьевой бутилированной воде
Применение карбонатов
Нормальные соли угольной кислоты и щелочноземельных металлов в виде природного сырья используются в строительном деле для производства цементов, вяжущих смесей. Известные ископаемые: известняк, магнезит, витерит применяются для получения огнеупорных материалов. Под действием воды и атмосферного углекислого газа средние соли угольной кислоты легко преобразуются в гидрокарбонаты. После нагревания карбонаты превращаются в оксиды, которые обладают высокой термоустойчивостью.
Соли угольной кислоты используются на химических производствах, в коммунальных хозяйствах для нейтрализации промышленных стоков, загрязненных кислотами.
Кислые и средние карбонаты щелочных металлов известны под названием сода. При хлебопечении, в кондитерском производстве, разлагаясь с выделением диоксида углерода, они разрыхляют тесто, улучшают качество изделий.
Содержание в воде. Методы контроля
Концентрация минеральных солей в питьевой воде оказывает существенное влияние на метаболизм в организме человека. Соли угольной кислоты определяют показатели щелочности. Сдвиг значения рН в сторону увеличения изменяет скорость и направление обменных процессов. Оптимальная концентрация гидрокарбонатов, которые долгое время называли бикарбонатами, для благополучного функционирования физиологических процессов составляет минимум 30 мг/л, максимум – 400 мг/л. Вода со значениями концентраций в указанном диапазоне считается полноценной.
В бутилированной воде допускается содержание гидрокарбонатов в верхнем пределе диапазона, 400 мг/л. Расфасованная вода высшей категории подвергается более глубокой очистке, характеризуется содержанием гидрокарбонатов, полностью соответствующим нормам полноценности, от 30 мг/л до 400 мг/л. Регламентируемые показатели зафиксированы в СанПиН 2.1.4.1116-02.
Контроль концентраций солей угольной кислоты осуществляют по методикам ГОСТ 31957—2012, соответствующим международным подходам к определению щелочности. В основе определения лежит титриметрический метод, осуществляемый в два этапа. На первой стадии фиксируется точка оттитровывания карбонат-ионов при рН, равном 8,3. На втором этапе определяют общую щелочность при значении рН=4,5. Титрование можно контролировать по изменению цвета индикаторов или потенциометрически. Для фиксирования скачка значения рН на первой стадии используют фенолфталеин, на второй – метиловый оранжевый.
Расчет полученных показателей по формулам, приведенным в стандарте, позволяет получить полную информацию о содержании гидрокарбонатов в воде.
Влияние на здоровье человека
Для всех живых систем, в том числе организма человека, характерно постоянство среды. Это состояние называется гомеостазом, поддерживается естественными веществами буферного действия.
Изменение щелочности физиологических растворов: желудочного сока, лимфатической жидкости, крови и др, вызывает дисбаланс во всех метаболических процессах. В результате нарушается работа ферментов, ухудшается проницаемость мембран, наблюдаются комплексные изменения.
Возможные проявления могут наблюдаться в нарушениях работы пищевого тракта, сосудистой системы, слизистых оболочек и кожных покровов.
Источники загрязнения воды
Гидрокарбонаты – это естественные природные компоненты воды, попадающие туда из минералов, почвы. Избыточное содержание карбонатов может обнаруживаться в специфических геологических регионах, для которых характерна повышенная жесткость воды. Часто эти районы тесно прилегают к месторождениям известняка.
Техногенное повышение концентрации гидрокарбонатов может наблюдаться в местах расположения комплексов, производящих цемент, другие строительные материалы.
Защитить себя от всех рисков можно воспользовавшись службой доставки бутилированной воды. #ЗнайЧтоПьешь и будь здоров!
Гидрокарбонат натрия (пищевая добавка Е500(ii)) — натриевая кислая соль угольной кислоты с химической формулой NaHCO3. В обычном виде — мелкокристаллический порошок белого цвета, хорошо растворим в воде; нерастворим в этаноле. Пищевая добавка Е500(ii) относится к добавкам препятствующим слёживанию и комкованию, разрыхлителям и регуляторам кислотности искусственного происхождения, используется в технологических целях в процессе производства пищевых продуктов.
Пищевая добавка Е500 включает в себя 3 родственных соединения — натриевые соли угольной кислоты (Sodium salt of carbonic acid):
Получение
В промышленности гидрокарбонат натрия получают аммиачно-хлоридным способом. В концентрированный раствор хлорида натрия, насыщенный аммиаком, под давлением пропускают углекислый газ. В процессе синтеза происходят две реакции:
В холодной воде гидрокарбонат натрия мало растворим, и его отделяют от охлаждённого раствора фильтрованием, а из полученного после фильтрования раствора хлорида аммония снова получают аммиак, возвращаемый в производство вновь:
Применение
Широко применяется в хлебопекарной, кондитерской промышленности и в домашнем хозяйстве в качестве разрыхлителя сдобного, песочного и другого теста, содержащего большое количество сахара и жира; стабилизатора сухих молока и сливок, сгущённого молока, продуктов, содержащих какао-порошок, в том числе шоколадных, маргаринов, в том числе низкожирных, плавленого и твёрдых сортов сыра, продуктов переработки мяса и др.; регулятора кислотности томатных концентратов (поддержание pH не выше 4,3), а также джемов, желе и цитрусовых мармеладов в количестве, необходимом для поддержания pH 2,8–3,5. Внесение в сливочное масло в процессе обработки 0,05–0,1 % питьевой соды повышает сохранность масла, увеличивая его рН.
Используется также для подщелачивания яичного меланжа, в производстве плавленых сыров в качестве регулятора кислотности. Добавляется к молоку для повышения его термостойкости. В виде 10 %-го раствора применяется для нейтрализации кислоты (катализатора инверсии сахарозы) после завершения процесса получения инвертного сиропа.
Гидрокарбонат натрия по ГОСТ 2156-76 Е «Натрий двууглекислый. Технические условия» внесён в перечень сырья в ГОСТ 18236-85 «Продукты из свинины варёные. Технические условия»; ГОСТ 18255-85 «Продукты из свинины копчено-варёные. Технические условия»; ГОСТ 18256-85 «Продукты из свинины копчено-запечённые. Технические условия».
Другие сферы применения
Двууглекислый натрий (бикарбонат) применяется в химической, пищевой, лёгкой, медицинской, фармацевтической промышленности, цветной металлургии, в быту, пищевкусовой промышленности.
В химической промышленности
Применяется для производства красителей, пенопластов и других органических продуктов, фторорганических соединений, продуктов бытовой химии, наполнителей в огнетушителях, Реагент для отделения диоксида углерода, сероводорода из газовых смесей, например, отходящих газов топливосжигающих установок. В этом процессе углекислый газ поглощается раствором гидрокарбоната натрия при повышенном давлении и пониженной температуре, далее поглощённый углекислый газ выделяется из раствора при подогреве и снижении давления;
В лёгкой промышленности — в производстве резины для подошв обуви и в производстве искусственных кож, кожевенном производстве при дублении и нейтрализации кожи после кислого дубления, текстильной промышленности при отделке шёлковых и хлопчатобумажных тканей;
В медицине
Традиционно раствор питьевой соды используется для дезинфекции зубов и дёсен при зубных болях и полости рта и горла, при сильном кашле, ангине, фарингите, а также как общепринятое средство от изжоги и болей в желудке. Но сейчас многие врачи не рекомендует применять питьевую соду из-за возможного возникновения побочных нежелательных эффектов, например, из-за «кислотного рикошета».
Иногда применяется внутривенно — с целью быстрого устранения метаболического ацидоза во время реанимационных мероприятий.
В альтернативной медицине питьевая сода иногда заявляется как «лекарство» от рака, однако, никакой экспериментально подтверждённой эффективности применения такого «лечения» не существует.
Противопоказания к применению в медицинских целях
Отёки, артериальная гипертензия, при приёме состояние больного может ухудшиться, анурия или олигурия, при этих заболевания повышается риск избыточной задержки натрия в организме.
Пожаротушение
Гидрокарбонат натрия вместе с карбонатом аммония используется в качестве наполнителя в огнетушителях с сухим наполнением и в стационарных системах сухого пожаротушения. Это применение обусловлено тем, что от воздействия высокой температуры в очаге горения вещество выделяет углекислый газ, атмосфера которого затрудняет доступ кислорода воздуха в очаг горения.
В быту
Применяется как не очень эффективное, но совершенно безопасное для здоровья средство для чистки поверхностей столовой и кухонной посуды, поверхностей кухонных столов, иных поверхностей, соприкасающихся с пищей, путём протирки их с помощью влажной тряпки с сухим порошком питьевой соды.
В транспорте
Применяется для нейтрализации следов электролита — серной кислоты на поверхности пластмассовых корпусов свинцовых аккумуляторов насыщенным водным раствором питьевой соды.
Польза и вред
Карбонаты натрия, благодаря способности нейтрализовать сильные кислоты, могут устранить боль, вызванную гиперацидностью желудочного сока при гастрите, язвенной болезни. Снижает болевые ощущения при нарушении целостности слизистой желудка (гастрит, язва), при тяжёлых пищевых отравлениях, в том числе алкогольных.
При наружном применении карбонаты натрия действуют как антисептик. Нейтрализует патогенную микрофлору, в том числе бактерии, грибки и вирусы.
Проявляет микролитические свойства, что позволяет использовать её в народной медицине для разжижения мокроты, смягчения кашля. При чрезмерном употреблении карбоната натрия возможны следующие явления: затруднение дыхания, обморок, резкая желудочная боль. Добавка Е500 негативно влияет на печень, может стать причиной появления сыпи на лбу, руках и голове.
Вещество нетоксично, пожаро- и взрывобезопасно.
Беременность и грудное вскармливание
Применение при беременности
Адекватных и хорошо контролируемых исследований о возможности применения гидрокарбоната натрия у беременных женщин не проведено.
Применение в период грудного вскармливания
Специальных исследований о возможности применения гидрокарбоната натрия в период грудного вскармливания не проведено.
Особые указания
В Российской Федерации, Евросоюзе, на Украине и в большинстве стран мира пищевая добавка Е500(ii) разрешена для применения в пищевой промышленности.
Гигиенические нормы
Codex: разрешён в качестве регулятора кислотности в 4 стандартах на пищевые продукты в количестве 2 г/кг или GMP; в качестве стабилизатора в 17 стандартах на пищевые продукты в количестве от 0,15 до 50 г/кг или GMP.
В Российской Федерации разрешён в продукты из какао и шоколада в количестве до 70 г/кг от сухого обезжиренного вещества в пересчёте на карбонаты кальция (п. 3.1.1. СанПиН 2.3.2.1293-03); в сухое молоко и другие пищевые продукты согласно ТИ в количестве согласно ТИ индивидуально или в комбинации с другими карбонатами (п. п. 3.1.7, 3.2.22 СанПиН 2.3.2.1293-03); для розничной продажи (п. 2.5 СанПиН 2.3.2.1293-03).
Гидрокарбонаты в питьевой воде – это компоненты, определяющие ее щелочность. Их содержание в воде объясняется несколькими процессами:
Гидрокарбонаты в питьевой воде уменьшают количество водородных ионов, приводят к уменьшению кислотности и повышению щелочности. Благодаря высокой концентрации гидрокарбонатов некоторые минеральные воды могут использоваться для лечения гастритов и повышенной кислотности желудочного сока. В умеренных концентрациях гидрокарбонат-ионы необходимы качественной питьевой воде для поддержания нормальной щелочности, оптимального значения рН и приемлемых органолептических характеристик.
Зачем насыщать воду гидрокарбонатами
Гидрокарбонаты в воде нужны для того, чтобы корректировать водородный показатель pH воды и улучшить ее вкусовые свойства. Если щелочность низкая, уровень pH будет нестабилен вследствие низкой буферной емкости такой воды. Низкая (практически нулевая) щелочность и пониженные уровни рН характерны, в частности, для воды после очистки обратным осмосом.
Гидрокарбонаты в воде (природной) – это прежде всего соли кальция и магния (гидрокарбонаты этих элементов существуют только в растворенном состоянии). При нагреве и кипячении растворенные гидрокарбонаты элементов жесткости частично перейдут в нерастворимые карбонаты, и вода станет мягче.
При необходимости (например, после обратного осмоса) гидрокарбонаты в воде можно повысить, используя специально разработанные для этого модификации минеральной добавки «Северянка Бикарбонат». Помимо повышения щелочности питьевой воды и коррекции рН, эта добавка улучшает её вкусовые качества.
Гидрокарбонаты щелочных металлов в воде растворимы. Также в воде хорошо растворимы гидрокарбонаты щелочноземельных металлов, в отличие от карбонатов.
Содержание
Получение
Гидрокарбонат натрия плохо растворим в холодной воде, поэтому его можно отделить от хлорида аммония фильтрованием.
Химические свойства
В итоге раствор гидрокарбонатов имеет щелочную реакцию.
Применение
Гидрокарбонат натрия (сода) используется в производстве искусственных минеральных вод и заправки огнетушителей, в кондитерском деле и хлебопечении, в быту, в медицине.
Физиологическое действие
Литература
Примечания
См. также
Полезное
Смотреть что такое «Гидрокарбонаты» в других словарях:
Гидрокарбонаты — бикарбонаты, двууглекислые соли, кислые соли угольной кислоты (См. Угольная кислота) H2CO3, например NaHCO3 (Гидрокарбонат натрия). Г. получают действием CO2 на карбонаты или гидроокиси в присутствии воды. При нагревании они превращаются… … Большая советская энциклопедия
ГИДРОКАРБОНАТЫ — (от гидро. и карбонаты) кислые соли угольной к ты H2CO3; Г. натрия NaHCO3 питьевая сода … Большой энциклопедический политехнический словарь
гидрокарбонаты — гидрокарбон аты, ов, ед. ч. н ат, а … Русский орфографический словарь
гидрокарбонаты — мн., Р. гидрокарбона/тов; ед. гидрокарбона/т (2 м) … Орфографический словарь русского языка
Минеральная вода — Минеральные воды воды, содержащие в своем составе растворённые соли, микроэлементы, а также некоторые биологически активные компоненты. Среди минеральных вод выделяют минеральные природные питьевые воды, минеральные воды для наружного… … Википедия
0, причем 2VФVМО. В данном случае в исходной пробе гидрокарбонаты отсутствуют, но присутствуют не только карбонаты, но и другие потребляющие кислоту анионы, а именно – гидроксо-анионы. При этом содержание последних эквивалентно составляет VОН = 2VФ – VМО. Содержание карбонатов можно рассчитать, составив и решив систему уравнений: 
