Укрощение опасных кислот с помощью безвредных солей

От пожелтевших страниц старых книг и газет до изжоги и экологических разливов — многие люди сталкиваются с последствиями нежелательного или избыточного количества кислот. Нейтрализация нежелательных кислот гидроксидными основаниями может показаться хорошим способом борьбы с ними. Однако существуют ещё более эффективные химические вещества, которые могут нейтрализовать кислоты без рисков, связанных с использованием гидроксидных оснований. Эти кислотно-нейтрализующие вещества — это соли слабых кислот и сильных оснований. Такие соли могут нейтрализовать кислоты, потому что их водные растворы становятся основными благодаря гидролизу.

Что ещё важнее, использование относительно безвредных солей, таких как гидрокарбонат натрия (пищевая сода), вместо более сильных оснований, таких как гидроксид натрия (щёлочь), имеет значительные преимущества. Например, если бы мы использовали слишком много гидроксида натрия для нейтрализации серной кислоты, разлитой из автомобильного аккумулятора, любой избыток щёлочи, оставшийся на месте, представлял бы угрозу для окружающей среды и здоровья человека, сравнимую с угрозой от разлитой серной кислоты. (Щёлочь является основным ингредиентом таких коммерческих продуктов, как очистители для духовок Drano.) Однако мы не стали бы беспокоиться, если бы после нейтрализации серной кислоты из автомобильного аккумулятора на земле осталось немного пищевой соды.

Тот же принцип применим к кислотному расстройству желудка. Вместо того чтобы глотать щёлочь (фу!) или другое сильное основание для нейтрализации избыточной желудочной кислоты, большинство людей принимают антациды. Антациды обычно содержат соли, такие как карбонат кальция, гидрокарбонат натрия (пищевая сода) и карбонат магния, которые являются солями слабых кислот. Эти соли гидролизуются с образованием гидроксидных ионов, которые снижают уровень кислотности в желудке. Врачи также назначают эти и подобные соли для лечения язвенной болезни. Регулярное использование антацидов всегда должно осуществляться под наблюдением врача.

Соли слабых кислот и сильных оснований могут эффективно использоваться для борьбы с крупными разливами кислот так же, как они используются для нейтрализации серной кислоты из автомобильного аккумулятора или избыточной желудочной кислоты. В одном из недавних крупных разливов кислоты цистерна с азотной кислотой была повреждена сцепкой другого железнодорожного вагона, в результате чего на землю вылилось 22 000 галлонов концентрированной азотной кислоты. Несколько тысяч жителей, проживающих рядом с местом разлива, были эвакуированы. Не было ни смертей, ни серьёзных травм, а также не было нанесено значительного ущерба окружающей среде; местные пожарные нейтрализовали концентрированную азотную кислоту, используя снегоуборочные машины аэропорта для распыления относительно безвредного карбоната натрия (стиральной соды) над загрязнённой территорией.

Соли слабых кислот и сильных оснований также используются для борьбы с разрушительным процессом старения бумаги. Подумайте, насколько серьёзной является эта проблема для Библиотеки Конгресса, которая ежегодно теряет 70 000 книг из-за кислотного разложения стареющей бумаги. Многие из двадцати миллионов книг в Библиотеке Конгресса имеют ожидаемый срок службы всего 25–40 лет. Бумага стареет из-за гидролиза сульфата алюминия. Сульфат алюминия используется в процессе производства бумаги с 1850-х годов, поскольку это недорогое проклеивающее вещество (оно предотвращает растекание чернил по бумаге).

Сульфат алюминия — это соль нерастворимого слабого основания и сильной кислоты; он гидролизуется в воде, содержащейся в бумаге (обычно 4–7% H₂O), создавая кислую среду. Кислота медленно разрушает целлюлозные волокна, что приводит к пожелтению бумаги и её последующему распаду. Для борьбы с этим старением Библиотека Конгресса индивидуально обрабатывает свои коллекции растворами солей слабых кислот и сильных оснований, что требует значительных затрат.

Тем временем бумажная промышленность борется с этим процессом старения, увеличивая производство щелочной бумаги. Некоторые виды щелочной бумаги содержат карбонат кальция — ту же соль, что и в нескольких марках антацидов. Карбонат кальция повышает pH бумаги до значений между 7,5 и 8,5. Специальные технологии производства позволяют получить карбонат кальция с очень мелкими и однородными частицами. Ожидается, что щелочная бумага прослужит около 300 лет, в отличие от среднего срока службы стандартной кислотной бумаги, составляющего 25–40 лет.

Соли, которые гидролизуются с образованием основных растворов, могут успокаивать расстройство желудка, предотвращать пожелтение страниц и нейтрализовать крупные и мелкие разливы кислот. Знание о гидролизе очень полезно и имеет множество применений.