§ 26. Соли

Определения и обозначения

Соли — сложные вещества, состоящие из катионов металлов и анионов кислотных остатков. Например, NaCl включает катионы натрия и хлорид-ионы, а CaCO₃ — катионы кальция и карбонат-ионы. По составу соли можно определить, какие частицы образуют вещество и как его записать.

Кислотный остаток — атом или группа атомов, остающиеся от кислоты после удаления атомов водорода. У него есть отрицательный заряд: например, Cl⁻ или SO₄²⁻. Заряд записывают справа вверху, а число таких остатков в формуле — индексом справа внизу.

Катион — положительно заряженная частица соли, обычно ион металла. Примеры катионов — Na⁺, Ca²⁺ и Al³⁺. Катионы вместе с кислотными остатками образуют состав соли, а их заряды помогают подобрать индексы формулы.

Номенклатура солей — правила составления названий солей по металлу и кислотному остатку. Например, NaCl называют хлоридом натрия, а K₂SO₄ — сульфатом калия. Название позволяет понять состав вещества, а для металлов с разной степенью окисления указывают её римской цифрой.

Как это устроено

Соль можно представить как продукт замещения: атомы водорода в кислоте заменяются атомами металла, точнее, катионами металла. Например, в соляной кислоте HCl водород можно заменить натрием, получив NaCl. Соли также образуются при взаимодействии кислоты с основанием: HCl + NaOH → NaCl + H₂O, потому что ионы водорода и гидроксид-ионы соединяются в воду, а остальные ионы образуют соль.

В целом соль не имеет заряда, потому что в веществе положительные и отрицательные заряды уравновешивают друг друга. Поэтому индексы в формуле выбирают так, чтобы сумма зарядов катионов и анионов была равна нулю. Например, для Ca²⁺ и Cl⁻ нужны два хлорид-иона: CaCl₂ имеет заряд +2 − 2 = 0. Индексы указывают наименьшее целое соотношение ионов.

Чтобы разобрать формулу, сначала находят катион металла, затем кислотный остаток, а после этого считают их количество с учётом индексов. В CaCl₂ один катион кальция приходится на два хлорид-иона. Если остаток состоит из нескольких атомов, его формулу сохраняют целиком: в Al₂(SO₄)₃ три группы SO₄, а не три отдельных атома серы или кислорода. Так можно установить и состав вещества, и соотношение частиц.

Название соли складывается из названия кислотного остатка и названия металла: например, K₂SO₄ — сульфат калия, CaCO₃ — карбонат кальция. Для металла, который может иметь разные степени окисления, её уточняют римской цифрой в скобках. В CuSO₄ остаток SO₄ имеет заряд −2, значит, медь должна иметь степень окисления +2; соль называется сульфатом меди(II). Это уточнение помогает отличить её от соединений меди с другой степенью окисления.

Соли имеют ионное строение: в твёрдом состоянии их ионы расположены упорядоченно, а при растворении или плавлении становятся подвижными. Движущиеся заряженные частицы переносят электрический заряд, поэтому растворы и расплавы солей проводят ток. В растворе соли могут обмениваться ионами, но обмен идёт до конца, если образуется осадок, газ или вода. Если все продукты остаются растворёнными, заметного превращения обычно не происходит.

Состав, названия и свойства распространённых солей

Читай строку слева направо: формула показывает состав, а соседние столбцы помогают найти катион, остаток и название соли. Растворимость подсказывает, может ли вещество оставаться в водном растворе или выпадет в осадок. Для точного определения растворимости пользуются таблицей растворимости.

Разбор задач

Задача 1. Определите состав и название соли Na₂CO₃, укажите число катионов и заряд кислотного остатка. Нужно разделить формулу на катион металла и кислотный остаток, а затем проверить общий заряд. Индекс 2 относится к натрию, а у группы CO₃ отдельного индекса нет.

1. Натрий образует катион Na⁺, а остаток угольной кислоты — CO₃²⁻.
2. В формуле два катиона натрия: их общий заряд равен +2, поэтому заряд одного кислотного остатка должен быть −2.
3. Название составляем из названия остатка и металла: карбонат натрия.

Ответ: Na₂CO₃ состоит из двух катионов Na⁺ и одного остатка CO₃²⁻; заряд остатка −2, название — карбонат натрия. Проверка +2 + (−2) = 0 подтверждает электронейтральность.

Задача 2. Составьте формулы фосфата алюминия и сульфата кальция. Для этого нужно знать заряды ионов и подобрать наименьшее соотношение, при котором суммарный заряд равен нулю. Фосфат-ион PO₄³⁻, сульфат-ион SO₄²⁻, алюминий Al³⁺, кальций Ca²⁺.

1. Для Al³⁺ и PO₄³⁻ заряды равны по величине и противоположны, поэтому достаточно одного иона каждого вида: AlPO₄.
2. Для Ca²⁺ и SO₄²⁻ также подходит соотношение один к одному: CaSO₄.
3. В обеих формулах сумма зарядов равна нулю; скобки не нужны, потому что каждой формульной единице соответствует только одна группа остатка.

Ответ: фосфат алюминия — AlPO₄, сульфат кальция — CaSO₄. Проверка зарядов показывает, что дополнительные индексы не требуются.

Задача 3. Составьте уравнение реакции между растворами хлорида кальция и карбоната натрия и укажите признак реакции. Сначала составим формулы исходных веществ: CaCl₂ и Na₂CO₃. Затем обменяем кислотные остатки, получив CaCO₃ и NaCl, и проверим, какой продукт удаляется из раствора.

1. Карбонат кальция практически нерастворим, поэтому он выпадает в осадок; это признак протекания реакции.
2. Схема обмена: CaCl₂ + Na₂CO₃ → CaCO₃ + NaCl.
3. Слева два атома хлора и два атома натрия, поэтому перед NaCl ставим коэффициент 2.

Ответ: CaCl₂ + Na₂CO₃ → CaCO₃↓ + 2NaCl. Признак реакции — образование осадка карбоната кальция.

Типичные ошибки

Если назвать соль только по металлу, название не сообщит, какой кислотный остаток входит в состав вещества. Так ошибаются, когда сосредотачиваются на первой части формулы и пропускают вторую. Проверка простая: в названии должны быть и кислотный остаток, и металл, например сульфат калия.

Индексы нельзя выбирать наугад или переносить из названия: они зависят от зарядов ионов. Ошибка возникает, если забыть заряд кислотного остатка или не учесть, что их может быть несколько. Проверьте формулу, умножив заряд каждого иона на его индекс: сумма должна быть нулевой.

Индекс и коэффициент — разные обозначения: индекс входит в формулу вещества и показывает состав частицы, а коэффициент перед формулой указывает число частиц в уравнении. Их путают, когда пытаются уравнять реакцию изменением индексов. Для проверки сначала сохраните формулы веществ, а затем меняйте только коэффициенты и пересчитайте атомы слева и справа.

Не всякий обмен ионами в растворе приводит к реакции, идущей до конца. Ошибочно считать, что достаточно составить продукты обмена, не проверив их свойства. Найдите продукты в таблице растворимости и убедитесь, что образуется осадок, газ или вода; при отсутствии такого признака обмен обычно не имеет заметного результата.

Связь с другими темами

Для изучения солей нужны знания о строении атома, ионах, степенях окисления, кислотах и основаниях. Эти понятия помогают распознавать части формулы и составлять уравнения реакций. Если уметь уравнивать реакции, легче проверить, правильно ли записан обмен веществами.

Понимание состава и растворимости солей пригодится при изучении реакций обмена, ионных уравнений и качественных реакций на ионы. Оно помогает объяснить, почему в одних опытах появляется осадок, а в других видимых изменений нет. Те же знания применяют при разборе минеральных удобрений, природных минералов и бытовых веществ.

Что запомнить

• Соли состоят из катионов металлов и анионов кислотных остатков.
• Суммарный заряд всех ионов в формуле соли равен нулю.
• Индексы в формуле подбирают по зарядам ионов.
• Название соли складывается из названия кислотного остатка и металла.
• Растворимые соли в воде распадаются на ионы.
• Реакции обмена между растворами солей идут до конца при образовании осадка, газа или воды.