§ 26. Соли

Определения и обозначения

Соль — сложное вещество, состоящее из катионов металла и анионов кислотного остатка. Катион — это положительно заряженный ион, анион — отрицательно заряженный. В формуле сначала записывают катион, затем кислотный остаток: например, в NaCl это Na⁺ и Cl⁻. Такое устройство помогает определить состав вещества и правильно составить его формулу.

Кислотный остаток — атом или группа атомов, остающиеся от кислоты после отщепления атомов водорода. Например, от H₂SO₄ остаётся SO₄²⁻, а от HNO₃ — NO₃⁻. Заряд остатка связан с числом отщепившихся атомов водорода: в этих примерах заряды равны −2 и −1. Зная остаток кислоты, можно определить часть формулы соли.

Средняя соль — соль, в которой все атомы водорода кислоты замещены атомами металла. В HCl водород ещё входит в состав кислоты, а в соли NaCl вместо него находится натрий. Поэтому кислоту и соль различают по составу, даже если в них сохранился один и тот же кислотный остаток. Понятие средней соли помогает не путать формулы кислот с формулами солей.

Растворимость соли — способность соли растворяться в воде. По таблице растворимости вещества обозначают как растворимые, малорастворимые или нерастворимые. Эти обозначения показывают, сколько вещества может перейти в раствор при определённых условиях. Сведения о растворимости нужны, чтобы предсказывать результат многих реакций.

Как это устроено

Чтобы найти кислотный остаток в соли, сравните формулу кислоты и формулу её остатка: уберите атомы водорода, а оставшейся части определите заряд. Например, из H₂SO₄ получают SO₄²⁻, а из HCl — Cl⁻. Затем выберите катион металла, который должен соединиться с этим остатком. Так состав соли становится понятным ещё до записи индексов.

Формула любого вещества в целом электрически нейтральна, поэтому положительные заряды должны компенсировать отрицательные. Для Al³⁺ и SO₄²⁻ наименьшее общее число зарядов — 6: нужны два катиона алюминия и три сульфат-иона, поэтому формула Al₂(SO₄)₃. Проверка: 2 · (+3) + 3 · (−2) = 0. Если остаток состоит из нескольких атомов и его нужно повторить, группу заключают в скобки.

Название соли составляют из двух частей: сначала называют металл, затем кислотный остаток. Например, Cl⁻ называется хлорид-ионом, SO₄²⁻ — сульфат-ионом, а NO₃⁻ — нитрат-ионом. Поэтому NaCl — хлорид натрия, K₂SO₄ — сульфат калия, Cu(NO₃)₂ — нитрат меди. Название остатка показывает, от какой кислоты он образован, а название металла — какой катион входит в соль.

Растворимость определяют по таблице: находят строку с катионом металла и столбец с кислотным остатком, а затем читают обозначение в месте пересечения. Например, соли нитрат-иона обычно растворимы, а CaCO₃ нерастворим. По записи формулы нельзя судить о растворимости только по длине или числу символов: разные соли ведут себя в воде по-разному. Поэтому для вывода нужны сведения таблицы, а не внешний вид формулы.

Соли получают разными реакциями. При взаимодействии кислоты с основанием образуются соль и вода, а при реакции кислоты с основным оксидом также обычно получается соль и вода. Некоторые активные металлы вытесняют водород из кислоты: тогда образуются соль и водород; осадок появляется в реакциях, если один из продуктов малорастворим, а газ — если образуется газообразное вещество. Условия и продукты нужно проверять по реагентам и свойствам возможных веществ.

Состав, название и растворимость солей

Чтобы пользоваться таблицей, сначала разделите формулу на катион и кислотный остаток, а затем прочитайте название соли. Растворимость проверяйте по таблице растворимости, а не по внешнему виду формулы. Обратите внимание: индекс за скобками относится ко всей группе атомов внутри них.

Разбор задач

Задача 1. Составить формулу соли, образованной ионами Al³⁺ и SO₄²⁻. Нужно уравнять заряды так, чтобы соединение в целом не имело электрического заряда. Один ион алюминия даёт заряд +3, а один сульфат-ион — −2. Подберём наименьшее общее число зарядов и проверим результат.

1. Наименьшее число, которое делится и на 3, и на 2, — 6.
2. Чтобы получить суммарный заряд +6, берём два иона Al³⁺; для −6 нужны три иона SO₄²⁻.
3. Записываем два атома алюминия и три целые группы сульфата: Al₂(SO₄)₃. Скобки показывают, что индекс 3 относится к группе SO₄ целиком.

Ответ: Al₂(SO₄)₃. Проверка: суммарный заряд равен 2 · (+3) + 3 · (−2) = 0, значит формула нейтральна.

Задача 2. Назвать соль Mg(NO₃)₂ и определить, растворима ли она в воде. Сначала разберём формулу на части: в начале стоит магний, а NO₃ — нитрат-ион. Затем проверим растворимость по таблице, поскольку по одной записи формулы её надёжно не определить.

1. Катион Mg²⁺ — это ион магния; кислотный остаток NO₃⁻ называется нитратом.
2. Соединяем названия частей в порядке «остаток + металл»: нитрат магния.
3. В таблице растворимости находим нитраты: нитраты растворимы в воде. Индекс 2 показывает, что в формуле два нитрат-иона, но не меняет название соли.

Ответ: Mg(NO₃)₂ — нитрат магния, растворимая соль.

Задача 3. Составить уравнение реакции получения сульфата натрия из гидроксида натрия и серной кислоты. Кислота содержит остаток SO₄²⁻, а катион основания — Na⁺, поэтому соль будет Na₂SO₄. Нейтрализация кислоты основанием даёт также воду; после записи продуктов уравняем число атомов.

1. Записываем схему: NaOH + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + H₂O.
2. В соли два атома натрия, поэтому ставим коэффициент 2 перед NaOH: 2NaOH + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + H₂O.
3. Слева теперь четыре атома водорода, значит справа нужно две молекулы воды. Проверяем атомы кислорода: их по шесть с каждой стороны.

Ответ: 2NaOH + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + 2H₂O. Число атомов каждого элемента сохранено.

Типичные ошибки

Индексы иногда записывают, не уравняв заряды ионов. Так получается формула, которая в целом заряжена, хотя соль должна быть нейтральной; ошибка возникает, если просто переписать числа из названий ионов. Проверьте себя подсчётом суммарного заряда: сумма положительных и отрицательных зарядов должна быть равна нулю. Индексы также сокращают до наименьшего целого соотношения.

Индекс внутри кислотного остатка можно принять за индекс всей группы. Например, в NO₃ цифра 3 относится только к кислороду, а в (NO₃)₂ цифра 2 показывает, что нитратная группа повторяется дважды. Путаница возникает, когда не учитывают скобки. Проверяйте, к каким символам относится индекс: если повторяется сложный остаток, его заключают в скобки.

Иногда соль называют только по металлу или неверно определяют кислотный остаток. Причина — внимание к началу формулы без разбора оставшейся части. Проверьте себя: в названии должны быть обе части, например карбонат кальция, а не только кальций. Сверьте состав остатка с формулой соответствующей кислоты.

Нельзя считать, что любая соль растворима, или угадывать растворимость по формуле. Внешний вид записи не показывает, сколько вещества растворится в воде; такие свойства устанавливают экспериментально и сводят в таблицу. Найдите в таблице и катион, и кислотный остаток, затем прочитайте обозначение на пересечении. Так можно отличить растворимые соли от малорастворимых и нерастворимых.

Связь с другими темами

Для составления формул солей нужны знания о составе атома и иона, зарядах распространённых ионов, а также формулах кислот и оснований. Понимание кислот и оснований помогает объяснить нейтрализацию и способы получения солей. Далее соли встречаются в реакциях ионного обмена: знание их состава помогает предсказывать продукты реакции и проверять, может ли образоваться осадок.

Что запомнить

• Соль состоит из катионов металла и анионов кислотного остатка.
• Суммарный заряд катионов в формуле равен суммарному заряду анионов.
• Индексы в формуле соли подбирают по зарядам ионов и записывают в наименьшем возможном соотношении.
• Название соли включает название металла и кислотного остатка.
• Растворимость соли определяют по таблице растворимости.
• При взаимодействии кислоты с основанием образуются соль и вода.