§ 26. Соли, их классификация и химические свойства

СТРОЕНИЕ, КЛАССИФИКАЦИЯ И СОСТАВЛЕНИЕ НАЗВАНИЙ СОЛЕЙ

Соли являются самым многочисленным и разнообразным классом неорганических веществ. В земной коре они слагают горные породы и минералы (поваренная соль, известняк, гипс, мрамор), растворены в водах морей и океанов и играют ключевую роль в физиологии живых организмов. Большинство солей имеют ионную кристаллическую решетку, поэтому при обычных условиях представляют собой твердые кристаллические вещества с высокими температурами плавления.

В начале XIX века выдающийся шведский химик Йёнс Якоб Берцелиус сформулировал классическое определение: соли — это продукты взаимодействия кислот с основаниями, или соединения, получающиеся путем замещения атомов водорода в молекуле кислоты на металл.

В зависимости от состава и степени замещения атомов водорода или гидроксогрупп соли строго подразделяют на три группы:

1. Средние (нормальные) соли:

Это продукты полного замещения атомов водорода в молекуле кислоты на атомы металла (или ионы аммония NH₄⁺). В их кристаллической решетке нет ни незамещенного водорода, ни гидроксогрупп — только катионы металлов и анионы кислотных остатков:

• NaCl — хлорид натрия (поваренная соль);
  • CaCO₃ — карбонат кальция (мел, мрамор, известняк);
  • K₂SiO₃ — силикат калия;
  • Ba(NO₃)₂ — нитрат бария;
  • NH₄Cl — хлорид аммония (нашатырь).

1. Кислые соли:

Это продукты неполного замещения атомов водорода в молекулах многоосновных кислот на металл. В их составе наряду с металлом сохраняются незамещенные катионы водорода H⁺:

• NaHCO₃ — гидрокарбонат натрия (питьевая, или пищевая сода);
  • Ca(H₂PO₄)₂ — дигидрофосфат кальция (компонент минеральных удобрений).

Одноосновные кислоты (HCl, HNO₃) кислых солей образовать не могут! При добавлении щелочи кислая соль нейтрализуется и превращается в среднюю:

NaHCO₃ + NaOH = Na₂CO₃ + H₂O

1. Осно́вные соли:

Это продукты неполного замещения гидроксильных групп в молекулах многокислотных оснований на кислотные остатки. В их составе присутствуют гидроксогруппы OH⁻:

• (CuOH)₂CO₃ — дигидроксокарбонат меди(II) (знаменитый поделочный минерал малахит);
  • ZnOHCl — гидроксохлорид цинка.

Однокислотные основания (NaOH, KOH) основных солей не образуют! При добавлении кислоты основная соль переходит в нормальную среднюю:

ZnOHCl + HCl = ZnCl₂ + H₂O

Правило международной номенклатуры средних солей:

Название соли складывается по четкой формуле:

название кислотного остатка + название металла в родительном падеже + римская цифра валентности металла (если она переменная):

• Кислота азотистая HNO₂ → остаток нитрит (KNO₂ — нитрит калия);
• Кислота азотная HNO₃ → остаток нитрат (Al(NO₃)₃ — нитрат алюминия);
• Кислота соляная HCl → остаток хлорид (FeCl₃ — хлорид железа(III));
• Кислота сернистая H₂SO₃ → остаток сульфит (K₂SO₃ — сульфит калия);
• Кислота серная H₂SO₄ → остаток сульфат (CuSO₄ — сульфат меди(II));
• Кислота сероводородная H₂S → остаток сульфид (FeS — сульфид железа(II));
• Кислота фосфорная H₃PO₄ → остаток фосфат (Ca₃(PO₄)₂ — фосфат кальция);
• Кислота угольная H₂CO₃ → остаток карбонат (CaCO₃ — карбонат кальция);
• Кислота кремниевая H₂SiO₃ → остаток силикат (Na₂SiO₃ — силикат натрия).

РАСТВОРИМОСТЬ СОЛЕЙ В ВОДЕ: ПАМЯТКА К ТАБЛИЦЕ РАСТВОРИМОСТИ

Для успешного предсказания химических реакций в растворах необходимо уверенно ориентироваться в растворимости солей. По таблице растворимости все соли делят на три категории: растворимые (Р), малорастворимые (М) и нерастворимые (Н).

Чтобы не заучивать сотни веществ наизусть, достаточно твердо усвоить четыре правила-ключа:

1. Абсолютно все нитраты (NO₃⁻) растворимы в воде без исключения. Точно так же растворимы абсолютно все соли щелочных металлов (Na⁺, K⁺) и аммония (NH₄⁺).
2. Все хлориды (Cl⁻) растворимы, за исключением одного нерастворимого белого осадка — хлорида серебра AgCl↓ и малорастворимого в холодной воде хлорида свинца PbCl₂.
3. Большинство сульфатов (SO₄²⁻) растворимо, кроме практически нерастворимого сульфата бария BaSO₄↓, сульфата свинца PbSO₄↓ и малорастворимых сульфата кальция CaSO₄ и сульфата серебра Ag₂SO₄.
4. Почти все карбонаты (CO₃²⁻), фосфаты (PO₄³⁻), силикаты (SiO₃²⁻) и сульфиды (S²⁻) нерастворимы в воде (растворимы только их соли с натрием, калием и аммонием).

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СОЛЕЙ И КАЧЕСТВЕННЫЕ РЕАКЦИИ

Соли проявляют высокую реакционную способность, вступая во взаимодействие с простыми веществами-металлами, а также со всеми классами неорганических соединений:

1. Взаимодействие с металлами (вытеснение менее активного металла):

Более активный металл вытесняет менее активный из водного раствора его соли (реакция замещения):

Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Cu

Если железную кнопку или стальной гвоздь опустить в голубой раствор медного купороса, железо начинает растворяться, а на поверхности гвоздя быстро оседает ярко-розовый налет чистой металлической меди. При этом раствор постепенно зеленеет из-за образующихся ионов железа(II) (лабораторный опыт 25).

Аналогично медь вытесняет серебро из раствора нитрата серебра:

Cu + 2AgNO₃ = Cu(NO₃)₂ + 2Ag

• Три строгих условия вытеснения:
  • вытесняющий металл должен находиться в электрохимическом ряду напряжений строго левее вытесняемого металла;
  • образующаяся новая соль обязательно должна быть растворимой в воде;
  • категорически нельзя использовать щелочные и щелочноземельные металлы (натрий, калий, кальций), так как они в растворе мгновенно реагируют с самой водой, образуя щелочь и водород, а не вытесняют металл из соли!

1. Взаимодействие с кислотами:

Более сильные или нелетучие кислоты вытесняют слабые или летучие кислоты с образованием новой соли и выделением газа или осадка:

BaCl₂ + H₂SO₄ = BaSO₄↓ + 2HCl

CaCO₃ + 2HCl = CaCl₂ + H₂O + CO₂↑

1. Взаимодействие со щелочами:

Растворимые соли металлов реагируют с растворами щелочей, если образуется нерастворимый гидроксид:

CuSO₄ + 2NaOH = Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄ (голубой осадок);

FeCl₃ + 3KOH = Fe(OH)₃↓ + 3KCl (красно-бурый осадок).

1. Взаимодействие солей друг с другом (реакции ионного обмена):

Реакция между растворами двух солей протекает только в том случае, если обе исходные соли растворимы, а среди продуктов образуется нерастворимый осадок:

BaCl₂ + Na₂SO₄ = BaSO₄↓ + 2NaCl (качественная реакция на сульфат-ион).

Качественные реакции с нитратом серебра AgNO₃ (лабораторный опыт 26):

Ион серебра Ag⁺ служит уникальным реактивом для мгновенного распознавания анионов по цвету осадка:

• На хлорид-ион Cl⁻: выпадает белый творожистый осадок хлорида серебра:

NaCl + AgNO₃ = AgCl↓ + NaNO₃

• На фосфат-ион PO₄³⁻: выпадает красивый ярко-желтый осадок фосфата серебра:

Na₃PO₄ + 3AgNO₃ = Ag₃PO₄↓ + 3NaNO₃

• На иодид-ион I⁻: образуется желтоватый осадок иодида серебра:

NaI + AgNO₃ = AgI↓ + NaNO₃

10 СПОСОБОВ ПОЛУЧЕНИЯ СОЛЕЙ: ГЕНЕТИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ КЛАССОВ ВЕЩЕСТВ

Изучение солей связывает воедино все классы неорганических соединений. В школьной и академической химии выделяют 10 универсальных способов синтеза солей:

1. Металл + Неметалл (прямой синтез бескислородных солей):

Fe + S —(t)→ FeS; 2Na + Cl₂ = 2NaCl

1. Металл + Кислота (вытеснение водорода):

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂↑

1. Металл + Растворимая соль (вытеснение металла):

Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Cu

1. Основный оксид + Кислотный оксид (соединение двух антиподов):

CaO + SiO₂ —(t)→ CaSiO₃; MgO + SO₃ = MgSO₄

1. Основный оксид + Кислота:

CuO + H₂SO₄ = CuSO₄ + H₂O; ZnO + 2HNO₃ = Zn(NO₃)₂ + H₂O

1. Кислотный оксид + Щёлочь:

CO₂ + Ca(OH)₂ = CaCO₃↓ + H₂O; SO₃ + 2NaOH = Na₂SO₄ + H₂O

1. Основание + Кислота (универсальная реакция нейтрализации):

NaOH + HCl = NaCl + H₂O; Al(OH)₃ + 3HNO₃ = Al(NO₃)₃ + 3H₂O

1. Щёлочь + Растворимая соль (получение нерастворимого основания):

2NaOH + CuSO₄ = Na₂SO₄ + Cu(OH)₂↓

1. Кислота + Соль (вытеснение слабой кислоты или выпадение осадка):

BaCl₂ + H₂SO₄ = BaSO₄↓ + 2HCl; Na₂CO₃ + 2HCl = 2NaCl + H₂O + CO₂↑

1. Растворимая соль + Растворимая соль (реакция обмена с осадком):

CaCl₂ + Na₂CO₃ = CaCO₃↓ + 2NaCl