§ 24. Соли

Определения и обозначения

Соли — сложные вещества, состоящие из катионов металлов или иона аммония NH₄⁺ и анионов кислотных остатков. Катион — положительно заряженный ион, анион — отрицательно заряженный. Формула соли должна быть электронейтральной: суммарный положительный заряд в ней равен суммарному отрицательному. Это правило позволяет проверить, правильно ли подобраны индексы.

Средние соли — соли, в которых все атомы водорода кислоты замещены катионами металла или аммония. В их формульной единице нет водорода, оставшегося в кислотном остатке, например Na₂SO₄. Такое определение помогает отличить среднюю соль от кислой по составу, а не только по названию.

Кислые соли — соли, в анионах которых сохраняются атомы водорода, способные замещаться металлом или аммонием. Они образуются при неполном замещении водорода в многоосновной кислоте, то есть кислоте с несколькими атомами водорода, например H₂SO₄. Поэтому в формуле NaHSO₄ рядом с катионом Na⁺ находится анион HSO₄⁻.

Основные соли — соли, в составе которых вместе с катионами металла и кислотными остатками присутствуют гидроксогруппы OH. Их появление связано с неполной нейтрализацией основания кислотой: часть групп OH не замещается кислотным остатком. Это определение помогает распознать основную соль, например Mg(OH)Cl, по наличию OH в формуле.

Как это устроено

Состав соли связан с составом кислоты и основания, из которых её можно представить полученной. Кислота даёт кислотный остаток, а основание — катион металла; при образовании кислой соли часть водорода кислоты сохраняется, а при образовании основной соли остаётся часть OH-групп основания. Но какой бы состав ни имела соль, её формула должна быть нейтральной. Например, заряд Al³⁺ уравновешивается двумя анионами SO₄²⁻: суммарно получаются +6 и −6, поэтому формула — Al₂(SO₄)₃.

Формулу средней соли составляют из катиона и кислотного остатка, подбирая индексы по зарядам. Для кислой соли используют анион, в котором сохранился водород, например HSO₄⁻; для основной записывают вместе с катионом группу OH и кислотный остаток. Если группа или сложный ион повторяются несколько раз, его заключают в скобки, например Al₂(SO₄)₃. По формуле тип соли определяют по составу: водород внутри кислотного остатка указывает на кислую соль, а OH рядом с кислотным остатком — на основную.

Название соли складывается из названия катиона и названия кислотного остатка: Na₂SO₄ — сульфат натрия, NaHSO₄ — гидросульфат натрия. Основные соли называют с указанием гидроксогруппы, например Mg(OH)Cl — гидроксохлорид магния. Если металл может иметь разные степени окисления, её указывают римской цифрой в скобках: FeCl₂ — хлорид железа(II), FeCl₃ — хлорид железа(III). Такой способ названия уточняет, какой именно катион входит в состав соли.

В твёрдом состоянии соль состоит из упорядоченных катионов и анионов, которые удерживаются в кристаллической решётке. В таком положении ионы не могут свободно перемещаться, поэтому твёрдая соль не проводит ток. В расплаве и водном растворе частицы становятся подвижными; растворимые соли в воде распадаются на ионы. Именно движение заряженных частиц обеспечивает электропроводность раствора и расплава.

Соли реагируют с металлами, кислотами, основаниями и другими солями, но возможность реакции зависит от веществ и условий. Металл может вытеснить другой металл из раствора его соли, если он активнее; обмен между растворами солей возможен, когда образуется малорастворимое вещество. Вообще реакция обмена протекает до конца, если среди продуктов появляется осадок, газ или слабый электролит, например вода. Эти продукты удаляются из раствора как свободные ионы, поэтому исходные частицы не восстанавливаются в прежних количествах.

Состав и свойства основных типов солей

Чтобы определить тип соли, сначала проверьте, есть ли в формуле OH, а затем — сохранился ли водород в кислотном остатке. Эти признаки позволяют различить основную и кислую соль; если ни одного из них нет, соль средняя. Строка об образовании показывает связь состава с нейтрализацией кислоты и основания.

Разбор задач

Задача 1. Определите тип солей и назовите вещества: Na₂SO₄, NaHSO₄, Mg(OH)Cl.

1. В Na₂SO₄ нет ни водорода в кислотном остатке, ни группы OH. Значит, это средняя соль — сульфат натрия.
2. В NaHSO₄ кислотный остаток HSO₄⁻ сохраняет водород. Это кислая соль — гидросульфат натрия.
3. В Mg(OH)Cl есть группа OH вместе с хлорид-ионом. Это основная соль — гидроксохлорид магния.

Ответ: Na₂SO₄ — средняя соль, сульфат натрия; NaHSO₄ — кислая соль, гидросульфат натрия; Mg(OH)Cl — основная соль, гидроксохлорид магния.

Задача 2. Составьте формулы сульфата алюминия и гидроксохлорида магния, пользуясь зарядами ионов.

1. Сульфат алюминия состоит из Al³⁺ и SO₄²⁻. Наименьшее общее кратное модулей зарядов — 6, поэтому нужны два катиона алюминия и три сульфат-иона.
2. Записываем формулу Al₂(SO₄)₃ и проверяем: 2 · (+3) + 3 · (−2) = 0.
3. В гидроксохлориде магния находятся Mg²⁺, OH⁻ и Cl⁻. Один катион компенсирует два однозарядных аниона: +2 − 1 − 1 = 0.

Ответ: формулы солей — Al₂(SO₄)₃ и Mg(OH)Cl.

Задача 3. Запишите молекулярное и сокращённое ионное уравнения реакции растворов BaCl₂ и Na₂SO₄; укажите признак её протекания.

1. Обмен ионами даёт BaSO₄ и NaCl. Сульфат бария нерастворим, поэтому выпадает в осадок; NaCl остаётся в растворе.
2. Уравниваем количество атомов и заряды: BaCl₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2NaCl.
3. Растворимые сильные электролиты записываем в виде ионов и сокращаем одинаковые ионы Na⁺ и Cl⁻ по обе стороны уравнения.

Ответ: молекулярное уравнение: BaCl₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2NaCl; сокращённое ионное: Ba²⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄↓. Признак реакции — образование белого осадка сульфата бария.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что любая соль состоит только из металла и кислотного остатка. Так думают, потому что этот состав подходит для средних солей, но у кислых остаётся водород, а у основных присутствует OH. Проверьте формулу: найдите сначала гидроксогруппу, затем водород в кислотном остатке. Так вы не пропустите особый тип соли.

Ошибка — записывать формулу, не проверяя заряды ионов. Индексы нельзя выбирать только по привычке или по числу частей в названии: они должны уравновешивать суммарные заряды. Для самопроверки умножьте заряд каждого иона на его индекс и сложите отдельно положительные и отрицательные заряды. Если итог не равен нулю, формула неверна.

Кислую соль иногда принимают за кислоту из-за водорода в формуле. Однако в кислой соли обязательно есть катион металла или аммония, а также кислотный остаток; например, NaHSO₄ — соль, тогда как H₂SO₄ — кислота. Чтобы проверить себя, выделите катион и проверьте, остаётся ли в формуле кислотный остаток с водородом. Само наличие H ещё не делает вещество кислотой.

Ошибка — считать, что любой обмен между растворами солей обязательно идёт до конца. Обмен может состояться формально, но если все продукты остаются растворёнными сильными электролитами, заметного превращения нет. До записи уравнения проверьте, образуется ли осадок, газ или слабый электролит. Именно появление такого продукта показывает, что реакция может протекать до конца.

Связь с другими темами

Для работы с солями нужны знания о составе и названиях кислот и оснований, зарядах ионов, валентности и правилах составления формул. Без них нельзя определить, какие частицы входят в соль и какие индексы обеспечат нейтральность. Поэтому полезно уметь находить кислотный остаток и узнавать катион по формуле.

Представление об электролитической диссоциации объясняет, почему растворимые соли распадаются на ионы и как записывать ионные уравнения. В дальнейшем эти знания пригодятся при изучении гидролиза, качественных реакций на ионы и расчётов по уравнениям химических реакций. Состав соли помогает понять, какие ионы участвуют в превращении и в каком соотношении они реагируют.

Что запомнить

• Соль состоит из катиона и кислотного остатка и в целом электронейтральна.
• В кислой соли в составе аниона сохраняется водород.
• В основной соли наряду с кислотным остатком есть гидроксогруппа.
• Название соли включает название катиона и кислотного остатка.
• Растворимые соли в водном растворе диссоциируют на ионы.
• Реакция обмена в растворе протекает до конца, если образуется осадок, газ или слабый электролит.