§ 42. Соли, их классификация и свойства

Определения и обозначения

Соли — сложные вещества, состоящие из катионов металла или аммония и анионов кислотного остатка. Катионы имеют положительный заряд, а кислотные остатки — отрицательный. Например, Na₂SO₄ состоит из двух катионов Na⁺ и одного аниона SO₄²⁻. Такое представление помогает увидеть состав соли и правильно записать её формулу.

Средние соли — соли, в которых все атомы водорода кислоты замещены металлом. Например, в Na₂SO₄ оба атома водорода серной кислоты H₂SO₄ заменены на натрий. Средние соли не содержат водорода в кислотном остатке. Это определение позволяет отличать их от кислых солей.

Кислые соли — соли, в кислотном остатке которых сохранился незамещённый атом водорода. Пример — NaHSO₄, образованная из серной кислоты H₂SO₄ при замещении металлом только одного атома водорода. В её составе есть и катион Na⁺, и остаток HSO₄⁻. Наличие водорода в остатке — главный признак кислой соли.

Основные соли содержат наряду с кислотным остатком гидроксогруппы OH. Например, CuOHCl состоит из катиона Cu²⁺, гидроксогруппы OH⁻ и кислотного остатка Cl⁻. Положительный заряд меди уравновешивают два отрицательных заряда. Это определение помогает распознать соли, в формуле которых есть OH, связанная с составом основного вещества.

Как это устроено

Кислота состоит из атомов водорода и кислотного остатка, например H₂SO₄ — из двух атомов H и группы SO₄. При образовании соли один или несколько атомов водорода замещаются катионами металла. Поэтому кислотный остаток сохраняется, но его заряд зависит от числа ушедших ионов H⁺. Например, замещение обоих атомов водорода в серной кислоте даёт SO₄²⁻, а замещение одного — HSO₄⁻.

Средние, кислые и основные соли различают по составу частиц, оставшихся в формуле. Если водород кислоты замещён полностью и гидроксогрупп нет, соль средняя; если водород остался в кислотном остатке — кислая; если присутствует OH — основная. Это можно увидеть на соединениях серной кислоты: Na₂SO₄ — средняя соль, NaHSO₄ — кислая. Сравнение показывает, что вид соли определяется не названием кислоты, а полнотой замещения её водорода.

Чтобы определить заряды ионов по формуле, учитывают, что соединение в целом нейтрально. В Na₂SO₄ два Na⁺ дают суммарный заряд +2, значит, остаток SO₄ имеет заряд −2. При составлении формулы поступают наоборот: подбирают количество катионов и анионов, чтобы суммарные заряды совпали по модулю. Для Al³⁺ и SO₄²⁻ наименьшее общее значение зарядов — 6, поэтому нужны два иона Al³⁺ и три иона SO₄²⁻: Al₂(SO₄)₃.

Соли растворяются в воде неодинаково: одни растворяются хорошо, другие мало или практически не растворяются. Растворимость зависит от природы соли и воды, поэтому её не угадывают только по формуле, а проверяют по таблице растворимости. Если при смешивании растворов возникает нерастворимый продукт, он отделяется в виде твёрдых частиц — осадка. Например, ионы Ba²⁺ и SO₄²⁻ образуют малорастворимый BaSO₄.

Соль может реагировать с металлом, кислотой, основанием или другой солью, но реакция идёт не при любом сочетании веществ. Металл вытесняет металл из раствора его соли, если стоит выше него в ряду активности. В реакциях обмена между растворами условием завершения обычно становится образование осадка, газа или воды — слабого электролита. Если все возможные продукты остаются растворёнными и не образуют таких веществ, заметной реакции обычно нет.

Классификация солей и характерные свойства

Сначала определите вид соли по её составу или проверьте, есть ли для реакции нужное условие. Затем при обмене составьте возможные продукты и сверьте их растворимость с таблицей. Стрелка вниз показывает, что вещество выпадает в осадок.

Разбор задач

Задача 1. Определите вид соли и назовите ионы, из которых она состоит: K₂CO₃. Сначала разделим формулу на положительную часть — катион металла — и отрицательную часть, кислотный остаток. Затем проверим, есть ли в остатке водород или гидроксогруппа.

1. Калий — металл, его катион имеет заряд +1: K⁺.
2. Два катиона калия дают заряд +2, поэтому остаток CO₃ имеет заряд −2: CO₃²⁻.
3. В CO₃²⁻ нет атома водорода, а в формуле нет OH-группы. Следовательно, это средняя соль.

Ответ: K₂CO₃ — средняя соль, состоящая из двух катионов K⁺ и аниона CO₃²⁻. Индекс 2 у калия нужен, чтобы уравновесить заряд кислотного остатка. По такому же принципу проверяют состав других солей.

Задача 2. Составьте формулу соли из ионов Al³⁺ и SO₄²⁻ и определите её вид. Ионы должны соединиться в таком соотношении, чтобы их общий заряд стал равен нулю. После этого проверим состав кислотного остатка.

1. Наименьшее число, которое делится и на 3, и на 2, — 6.
2. Для заряда +6 нужны два иона Al³⁺, а для заряда −6 — три иона SO₄²⁻.
3. Записываем формулу Al₂(SO₄)₃. Скобки показывают, что индекс 3 относится ко всей группе SO₄.
4. В остатке SO₄ нет водорода, а гидроксогрупп в формуле нет. Значит, соль средняя.

Ответ: Al₂(SO₄)₃ — средняя соль. Проверка: 2 × (+3) + 3 × (−2) = 0. Если заряды не дают ноль, индексы выбраны неверно.

Задача 3. Пойдёт ли реакция между растворами BaCl₂ и Na₂SO₄? Нужно выяснить, какие вещества образуются при обмене и растворимы ли они. Реакция возможна, если один из продуктов покидает раствор, например выпадает в осадок.

1. При обмене катионы меняются партнёрами: возможны BaSO₄ и NaCl.
2. По таблице растворимости BaSO₄ нерастворим, поэтому он выпадает в осадок; NaCl растворим.
3. Уравниваем число атомов и записываем: BaCl₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2NaCl.

Ответ: реакция идёт, её признак — выпадение осадка сульфата бария BaSO₄. Осадок образуется, потому что ионы Ba²⁺ и SO₄²⁻ соединяются в нерастворимое вещество. Коэффициент 2 перед NaCl уравнивает число атомов натрия и хлора.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что любая соль содержит только металл и кислотный остаток без дополнительных частиц. Так думают, потому что средние соли часто приводят как основной пример. Однако кислая соль сохраняет водород в остатке, а основная содержит OH. Проверьте формулу: есть ли H внутри остатка или гидроксогруппа рядом с ним?

Ошибка — записывать индексы, не уравняв заряды ионов. Иногда индекс переносят из заряда механически и забывают проверить состав целого соединения. Заряды должны взаимно компенсироваться, иначе формула не будет электронейтральной. Для самопроверки умножьте заряд каждого иона на число таких ионов и сложите результаты.

Ошибка — ожидать реакцию при смешивании любых двух растворов солей. Обмен формально можно записать, но если все продукты растворимы и не образуется газ или вода, движущей причины для заметной реакции нет. Проверяйте продукты по таблице растворимости. Реакция обычно идёт до конца, если появляется осадок, газ или слабый электролит.

Ошибка — считать, что любой металл вытеснит другой из раствора его соли. Это правило действует не для всех металлов: более активный вытесняет менее активный, но обратное замещение не происходит. Ошибку допускают, если не сверяются с рядом активности. До составления уравнения найдите оба металла в ряду и сравните их положение.

Связь с другими темами

Для понимания солей нужны знания о строении атома и иона: они помогают распознавать заряды катионов и анионов. Также пригодятся формулы кислот, оснований и кислотных остатков. Если известен состав кислоты, легче понять, какие частицы могут войти в формулу соли.

Таблица растворимости и ряд активности металлов помогают предсказывать, произойдёт ли реакция и какие вещества появятся. Сначала определяют возможные продукты, затем проверяют растворимость или сравнивают активность металлов. Это превращает подбор уравнений из догадки в последовательную проверку.

Классификация и свойства солей пригодятся при изучении генетической связи классов неорганических веществ — превращений между оксидами, основаниями, кислотами и солями. Они также нужны для решения цепочек химических превращений. В таких задачах важно распознавать формулы и условия перехода от одного вещества к другому.

Что запомнить

• Соли состоят из катионов металла или аммония и анионов кислотного остатка.
• В средней соли водород кислоты полностью замещён металлом.
• Кислая соль сохраняет водород в кислотном остатке, основная содержит гидроксогруппу.
• Формула соли должна быть электронейтральной.
• Реакция обмена в растворе обычно протекает до конца при образовании осадка, газа или воды.
• Металл вытесняет из раствора соли металл, стоящий после него в ряду активности.