§ 22. Соли

Определения и обозначения

Соли — сложные вещества, состоящие из катионов металлов и анионов кислотных остатков. Катионы имеют положительный заряд, а анионы — отрицательный, поэтому формулу записывают с учётом обоих видов частиц. Например, в NaCl есть катион Na⁺ и анион Cl⁻, а в CaCO₃ — Ca²⁺ и CO₃²⁻.

Кислотный остаток — атом или группа атомов, которые остаются от кислоты, когда её атомы водорода замещаются металлом. Например, от H₂SO₄ остаётся SO₄²⁻, а от HNO₃ — NO₃⁻. Название кислотного остатка обычно связано с названием кислоты: серной кислоте соответствует сульфат, азотной — нитрат.

Название соли составляют из названия кислотного остатка и названия металла: сначала называют остаток, затем металл. Так, NaCl — хлорид натрия, а KNO₃ — нитрат калия. Если металл может иметь разную валентность, её указывают римской цифрой в скобках: FeCl₃ называется хлоридом железа(III).

Растворимость — способность вещества растворяться в воде. В таблице растворимости растворимые соли обозначают буквой «Р», нерастворимые — «Н», а малорастворимые — «М»; условные обозначения могут быть пояснены в самой таблице. Это свойство нужно проверять для конкретной соли: по одному только названию нельзя надёжно понять, растворится ли она.

Как это устроено

Состав соли связан с кислотой и основанием: от основания происходит катион металла, а от кислоты — кислотный остаток. Например, при составлении соли из гидроксида натрия NaOH и серной кислоты H₂SO₄ можно распознать Na⁺ и SO₄²⁻. Такое представление помогает понять, почему в разных солях встречаются знакомые частицы и как их правильно назвать.

Индексы в формуле нужны, чтобы число положительных и отрицательных зарядов уравновешивалось. Например, один Mg²⁺ имеет заряд +2, а каждый Cl⁻ — заряд −1, поэтому требуется два хлорид-иона: MgCl₂. Заряды можно мысленно поменять местами и поставить как индексы, затем сократить общие множители, если они есть, и обязательно проверить итоговую сумму зарядов.

По формуле сначала находят символ металла, затем определяют оставшуюся часть как кислотный остаток. В CuSO₄ это Cu и SO₄, поэтому название — сульфат меди; заряд остатка равен −2, значит, медь здесь имеет валентность II. Поскольку некоторые металлы образуют ионы с разными зарядами, валентность в их названии указывают, чтобы отличать разные соли одного металла.

В твёрдом состоянии соли обычно состоят из упорядоченных положительных и отрицательных ионов, образующих кристаллическую решётку. Ионы притягиваются друг к другу, поэтому для разрушения решётки нужно много энергии и многие соли имеют высокие температуры плавления. В растворе или расплаве ионы могут двигаться, переносить заряд и проводить электрический ток, поэтому соли относят к электролитам.

Растворимость зависит от природы катиона и кислотного остатка, а также от условий, например температуры. Для школьных задач растворимость конкретных солей узнают по таблице, сопоставляя в ней металл и остаток. Если при обмене ионами получается нерастворимая соль, она отделяется от раствора и может быть видна как осадок; растворимость остальных веществ тоже проверяют.

Состав, названия и растворимость солей

Чтобы воспользоваться таблицей, найдите катион и кислотный остаток, а затем прочитайте их сочетание и обозначение растворимости. В формулах с несколькими одинаковыми группами скобки помогают увидеть состав остатка. Сверяйтесь с условными обозначениями именно той таблицы, с которой работаете.

Разбор задач

Определяем состав и название соли

Задача. Для Na₂SO₄, CaCO₃ и FeCl₃ определите катион, кислотный остаток и назовите соли. Сначала разделите формулу на металлическую часть и остаток кислоты, затем проверьте заряды частиц. Это позволяет не путать индекс с зарядом и назвать металл с нужной валентностью.

1. В Na₂SO₄ металл — натрий, его катион Na⁺, остаток — SO₄²⁻. Два катиона Na⁺ уравновешивают заряд −2 одного сульфат-иона. Название соли — сульфат натрия.
2. В CaCO₃ катион кальция — Ca²⁺, кислотный остаток — CO₃²⁻. Заряды равны по величине и противоположны по знаку. Соль называется карбонатом кальция.
3. В FeCl₃ остаток — Cl⁻, а три таких иона дают общий заряд −3. Значит, катион железа имеет заряд +3, поэтому название — хлорид железа(III). Римская цифра указывает валентность железа в этой соли.

Ответ: Na₂SO₄ — Na⁺ и SO₄²⁻, сульфат натрия; CaCO₃ — Ca²⁺ и CO₃²⁻, карбонат кальция; FeCl₃ — Fe³⁺ и Cl⁻, хлорид железа(III). Проверка зарядов подтверждает каждую формулу. Такой способ подходит и для других солей.

Составляем формулы по ионам

Задача. Составьте формулы солей из Mg²⁺ и Cl⁻, Al³⁺ и SO₄²⁻, Ca²⁺ и PO₄³⁻. Индексы должны показать, сколько ионов каждого вида нужно взять для нейтрального вещества. Если остаток повторяется целиком, его заключают в скобки.

1. Для Mg²⁺ и Cl⁻ нужны два хлорид-иона, чтобы получить суммарный заряд −2. Формула — MgCl₂; заряд +2 у магния уравновешен двумя зарядами −1. Скобки не нужны, потому что Cl — отдельный атом.
2. Для Al³⁺ и SO₄²⁻ наименьшее общее число зарядов равно шести: нужны два катиона Al³⁺ и три остатка SO₄²⁻. Получается Al₂(SO₄)₃; скобки показывают, что индекс 3 относится ко всей группе SO₄. Сумма зарядов равна нулю: +6 и −6.
3. Для Ca²⁺ и PO₄³⁻ уравниваем заряды до шести: берём три Ca²⁺ и два PO₄³⁻. Формула — Ca₃(PO₄)₂, где скобки нужны из-за повторения группы PO₄. Общие заряды +6 и −6 взаимно компенсируются.

Ответ: MgCl₂, Al₂(SO₄)₃, Ca₃(PO₄)₂. В каждой формуле сумма зарядов катионов и анионов равна нулю. Если после составления формулы заряд не уравновешен, индексы нужно исправить.

Проверяем образование осадка

Задача. Определите, образуется ли осадок при смешивании растворов AgNO₃ и NaCl, и запишите молекулярное и сокращённое ионное уравнения. При обмене катионы меняются кислотными остатками: получаются AgCl и NaNO₃. Затем по таблице растворимости нужно проверить оба продукта.

1. По таблице AgCl нерастворим, поэтому при смешивании растворов он выпадает в осадок. Нитрат натрия NaNO₃ растворим и остаётся в растворе. Значит, реакция сопровождается образованием осадка хлорида серебра.
2. Запишите формулы продуктов и проверьте число атомов: AgNO₃ + NaCl → AgCl↓ + NaNO₃. Коэффициенты равны единице, потому что атомы каждого элемента уже сбалансированы. Стрелка вниз показывает осадок.
3. Для сокращённого ионного уравнения распишите растворимые вещества на ионы: Ag⁺, NO₃⁻, Na⁺ и Cl⁻. Ионы Na⁺ и NO₃⁻ остаются неизменными по обе стороны уравнения, поэтому их сокращают. Остаётся Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl↓.

Ответ: осадок образуется; молекулярное уравнение — AgNO₃ + NaCl → AgCl↓ + NaNO₃, сокращённое ионное — Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl↓. Проверка растворимости показывает, почему именно хлорид серебра отделяется от воды. Остальные ионы остаются в растворе.

Типичные ошибки

Иногда соль называют только по металлу или только по кислотному остатку. Так бывает, когда запоминают одну часть названия, но забывают, что формула содержит обе части. Проверьте себя: в названии должны быть и остаток, и металл, например сульфат натрия.

Другая частая ошибка — расставлять индексы наугад и не проверять заряды. Ученик может правильно определить ионы, но забыть, что формула соли должна быть электронейтральной. Умножьте заряд каждого иона на его индекс и сложите результаты: сумма должна быть равна нулю.

Кислотный остаток иногда принимают за всю кислоту или за отдельное нейтральное вещество. Путаница возникает потому, что названия кислот и остатков похожи, например серная кислота и сульфат. Сверьтесь с формулами: в H₂SO₄ есть водород, а SO₄²⁻ — только часть состава кислоты с зарядом.

Растворимость нельзя надёжно определить по виду или названию соли. Белый порошок, например, может быть как растворимым веществом, так и нерастворимым, а знакомое название само по себе ничего не доказывает. Найдите сочетание катиона и остатка в таблице растворимости и прочитайте условное обозначение.

Связь с другими темами

Для работы с солями нужно знать состав кислот и оснований, заряды ионов и правила составления формул. Понимание электролитической диссоциации объясняет, почему ионы солей в растворе проводят электрический ток. Позже эти знания пригодятся при изучении реакций обмена, ионных уравнений и качественных реакций на ионы. В жизни соли встречаются в минералах, удобрениях, строительных материалах и природных водах.

Что запомнить

• Соли состоят из катионов металлов и анионов кислотных остатков.
• Формула соли должна быть электронейтральной.
• Название соли включает название металла и кислотного остатка.
• Индекс у группы атомов ставят за скобками, если группа повторяется несколько раз.
• Растворы и расплавы солей проводят электрический ток благодаря движению ионов.
• Растворимость соли определяют по таблице растворимости.
• Нерастворимая соль может образовывать осадок в реакции обмена.