"Химия (базовый уровень)", Минченков Е.Е., Журин А.А., Оржековский П.А.
Соли — сложные вещества, в состав которых входят катионы металлов или аммония и анионы кислотных остатков. Их формулы и свойства помогают распознавать вещества, составлять уравнения реакций и объяснять, почему одни соли образуют осадки, а другие меняют реакцию среды раствора. Соли различают по составу на средние, кислые, основные и двойные; при составлении формулы учитывают заряды ионов, а при прогнозе реакций — возможность образования осадка, газа или слабого электролита.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Соль — сложное вещество, состоящее из катионов металлов или аммония NH₄⁺ и анионов кислотных остатков. В отличие от кислоты, соль содержит катионы металла или аммония вместо замещаемых атомов водорода; в отличие от основания, в ней нет обязательной группы OH, связанной с катионом. Это определение помогает не путать соли с другими классами веществ и распознавать их по составу.
Средняя соль — соль, в которой все атомы водорода в кислоте замещены катионами металла или аммония. Примеры: Na₂SO₄ и CaCO₃. В их формулах нет водорода кислотного остатка и гидроксогрупп основания, поэтому эту разновидность удобно использовать как исходный образец для сравнения с кислыми и основными солями.
Кислая соль — продукт неполного замещения атомов водорода в многоосновной кислоте, то есть кислоте, способной отдать больше одного протона. В кислотном остатке такой соли остаётся водород: например, NaHCO₃ — гидрокарбонат натрия, а NaHSO₄ — гидросульфат натрия. По сохранённому водороду можно понять, что замещение произошло не полностью.
Основная соль — продукт неполного замещения гидроксогрупп основания кислотными остатками. Поэтому в её составе одновременно есть катион металла, кислотный остаток и группа OH; пример — Cu₂(OH)₂CO₃, основной карбонат меди(II). Такое определение позволяет отличить основные соли от средних и понять, почему гидроксогруппы остаются в формуле.
Состав соли можно представить как соединение положительно заряженных катионов металла или аммония с отрицательно заряженными анионами кислотных остатков. Чтобы частицы образовали устойчивую электронейтральную формулу, суммарный положительный заряд должен компенсировать суммарный отрицательный. Например, у Na⁺ и SO₄²⁻ соотношение зарядов достигается двумя катионами на один анион, поэтому формула — Na₂SO₄.
Разновидности солей связаны с тем, насколько полно заменены частицы в исходной кислоте или основании. Если в многоосновной кислоте замещена лишь часть водородов, остаётся кислая соль; если кислотный остаток заместил только часть OH-групп основания, получается основная соль. При полной замене образуются средние соли, а двойными называют соли с двумя разными катионами или анионами, например KAl(SO₄)₂. Такая классификация позволяет судить о составе по формуле, а не только по названию.
Название обычно складывают из названия кислотного остатка и катиона: Na₂SO₄ — сульфат натрия, CaCO₃ — карбонат кальция. Для кислых солей в названии используют приставку «гидро-», например NaHCO₃ — гидрокарбонат натрия; в основных солях указывают основной состав, например основной карбонат меди(II). Если металл способен иметь разные степени окисления, её записывают римской цифрой в скобках, как в названии Cu₂(OH)₂CO₃ — основной карбонат меди(II).
В расплавах и водных растворах многие соли распадаются на подвижные ионы — это называют электролитической диссоциацией. Например, Na₂SO₄ ⇄ 2Na⁺ + SO₄²⁻; именно катионы металла или аммония и анионы кислотного остатка показывают принадлежность вещества к солям. Ионы в растворе могут перемещаться и участвовать в реакциях, поэтому раствор соли проводит электрический ток.
Соли вступают в реакции обмена с другими солями, кислотами и основаниями, взаимодействуют с некоторыми металлами, а отдельные соли разлагаются при нагревании. Обмен в растворе действительно протекает до конца, если один из продуктов удаляется из раствора как осадок или газ либо образуется слабый электролит, например вода. Без такого условия ионы обычно остаются в растворе, поэтому запись обменной реакции не показывает реального превращения. При взаимодействии соли с металлом возможное замещение также зависит от активности металлов, а нагревание приводит к разложению только тех солей, для которых оно возможно.
| Признак | Средние соли | Кислые соли | Основные соли | Двойные соли |
|---|---|---|---|---|
| Особенность состава | Нет водорода кислотного остатка и OH-групп | Содержат водород в кислотном остатке | Содержат OH-группы и кислотный остаток | Содержат два вида катионов или анионов |
| Пример формулы | Na₂SO₄ | NaHCO₃ | Cu₂(OH)₂CO₃ | KAl(SO₄)₂ |
| Как образуются | Полным замещением водорода кислоты | Неполным замещением водорода многоосновной кислоты | Неполным замещением OH-групп основания | Объединением разных катионов или анионов в составе соли |
| Диссоциация в воде | На катионы и анионы кислотного остатка | На катионы и анионы, содержащие H | На катионы и анионы, содержащие OH | На катионы и анионы разных видов |
| Характерные реакции | Обмен; возможен гидролиз | Могут реагировать с основаниями с образованием средней соли | Могут реагировать с кислотами с образованием средней соли | Ионный обмен; возможны реакции с образованием осадка |
| Примеры названий | Сульфат натрия | Гидрокарбонат натрия | Основной карбонат меди(II) | Сульфат калия-алюминия |
Сначала по строке «Особенность состава» найдите в формуле H в кислотном остатке, OH-группы или разные виды ионов. Затем сверьте вывод с примерами и типом образования соли. Строка о диссоциации помогает представить, какие частицы будут участвовать в реакциях в растворе.
Задача 1. Определить тип солей Na₂SO₄, NaHCO₃, Cu₂(OH)₂CO₃ и назвать каждое вещество.
В Na₂SO₄ нет ни водорода в кислотном остатке, ни OH-групп. Значит, это средняя соль; SO₄²⁻ — сульфат-ион, поэтому название — сульфат натрия.
В NaHCO₃ присутствует H в составе кислотного остатка HCO₃⁻. Это кислая соль, гидрокарбонат натрия.
В Cu₂(OH)₂CO₃ есть одновременно OH-группы и CO₃²⁻, поэтому соль основная. Два катиона Cu²⁺ дают заряд +4, а две группы OH⁻ и анион CO₃²⁻ вместе — заряд −4; название — основной карбонат меди(II).
Ответ: Na₂SO₄ — средняя соль, сульфат натрия; NaHCO₃ — кислая соль, гидрокарбонат натрия; Cu₂(OH)₂CO₃ — основная соль, основной карбонат меди(II).
Задача 2. Составить молекулярное и сокращённое ионное уравнения реакции BaCl₂ с Na₂SO₄.
В растворе соли распадаются на ионы: BaCl₂ даёт Ba²⁺ и 2Cl⁻, а Na₂SO₄ — 2Na⁺ и SO₄²⁻. При обмене катионами может образоваться BaSO₄. Это малорастворимая соль, поэтому выпадает в осадок и служит причиной протекания реакции до конца.
Записываем молекулярное уравнение: BaCl₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2NaCl. Коэффициент 2 перед NaCl нужен для сохранения числа атомов натрия и хлора.
В полном ионном уравнении растворимые вещества записываем в виде ионов, а осадок оставляем целой формулой. Ионы Na⁺ и Cl⁻ есть по обе стороны уравнения и не изменяются, поэтому их сокращают.
Ответ: сокращённое ионное уравнение — Ba²⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄↓.
Задача 3. Записать гидролиз Na₂CO₃ по первой ступени и объяснить щелочную реакцию среды.
Na₂CO₃ — соль сильного основания NaOH и слабой угольной кислоты H₂CO₃. Ион Na⁺ практически не взаимодействует с водой, а CO₃²⁻ способен связать от неё протон.
Записываем первую ступень гидролиза: CO₃²⁻ + H₂O ⇄ HCO₃⁻ + OH⁻. Образовавшийся гидроксид-ион OH⁻ повышает щёлочность раствора.
Ионное уравнение показывает, почему среда становится щелочной: причина не просто в наличии соли, а в реакции её аниона с водой. Следующая ступень гидролиза в этой задаче не требуется.
Ответ: CO₃²⁻ + H₂O ⇄ HCO₃⁻ + OH⁻; раствор имеет щелочную среду из-за образования OH⁻.
Солью ошибочно называют любое ионное вещество, включая оксиды и основания. Это происходит, если опираться только на наличие ионов, не проверяя их состав. Проверьте, есть ли в формуле катион металла или аммония и анион кислотного остатка; одной ионной структуры недостаточно.
Индексы в формуле иногда ставят по привычке, не сверяя заряды частиц. Тогда положительный и отрицательный заряды не компенсируются, и формула оказывается неверной. Перед записью посчитайте суммарный заряд всех катионов и анионов: он должен быть равен нулю.
Обмен между растворами солей записывают как завершившийся, даже если все продукты остаются растворёнными сильными электролитами. Так происходит, когда механически меняют местами части формул, не проверяя свойства продуктов. Убедитесь, что образуется осадок, газ или слабый электролит; если ни одного такого продукта нет, реакция обмена обычно не идёт до конца.
Считают, что любая соль гидролизуется одинаково и даёт одну и ту же среду. При этом забывают, что ионы ведут себя по-разному в зависимости от силы исходных кислоты и основания. Уточните происхождение катиона и аниона: именно их взаимодействие с водой определяет, будет раствор нейтральным, кислым или щелочным.
Для работы с солями нужны знания о классах неорганических веществ, валентности и степенях окисления, формулах кислот и оснований, электролитической диссоциации и ионных уравнениях. Они помогают определить состав и заряды ионов, составить формулу и понять, какие частицы реально присутствуют в растворе. Без этих основ труднее предсказать продукты обмена и правильно записать сокращённое ионное уравнение.
Тема пригодится при изучении гидролиза, качественных реакций на ионы, растворов и превращений неорганических веществ. Те же знания используют в расчётах по уравнениям реакций: формулы показывают соотношение частиц, а коэффициенты — соотношение вступающих в реакцию веществ. Умение распознавать соли помогает связывать наблюдения в опыте с процессами на уровне ионов.
Чем соль отличается от кислоты и основания?
В кислоте есть атомы водорода, способные замещаться, а в основании — катион металла или аммония и гидроксогруппы OH. В соли катионы металла или аммония соединены с анионами кислотных остатков. У кислых и основных солей могут сохраняться соответственно водород кислотного остатка и гидроксогруппы.
Как быстро определить тип соли по её формуле?
Если в формуле нет водорода кислотного остатка и групп OH, соль обычно средняя. Водород в кислотном остатке указывает на кислую соль, а группа OH вместе с кислотным остатком — на основную. Если в составе присутствуют два разных катиона или два разных аниона, это может быть двойная соль.
Почему индексы в формуле соли нельзя выбирать произвольно?
Индексы показывают соотношение ионов, при котором суммарный заряд вещества равен нулю. Например, заряд катиона Ba²⁺ компенсируется зарядом аниона SO₄²⁻ в соотношении 1:1, поэтому формула — BaSO₄. Если заряды не уравнены, запись не описывает электронейтральное вещество.
Когда реакция между двумя растворами солей действительно протекает?
При обмене ионами реакция идёт до конца, если среди продуктов образуется осадок, газ или слабый электролит, например вода. Такие вещества удаляются из раствора в виде осадка или газа либо почти не распадаются на ионы. Если все возможные продукты остаются растворимыми сильными электролитами, обычно записывать реакцию обмена не следует.
Почему растворы одних солей нейтральны, а других имеют кислую или щелочную реакцию?
Это связано с гидролизом — взаимодействием ионов соли с водой. Ионы, происходящие от слабой кислоты или слабого основания, могут связывать частицы воды и изменять концентрацию H₃O⁺ или OH⁻. Поэтому среда раствора зависит от свойств кислоты и основания, из которых образована соль.
§ 33. Соли
