20. Соли

Определения и обозначения

Соль — сложное вещество, состоящее из катионов металла и анионов кислотного остатка. Её общую формулу условно обозначают MₓAᵧ, где M — металл, а A — кислотный остаток. В отличие от кислоты, соль не содержит в своей формуле атомов водорода, способных замещаться металлом.

Кислотный остаток — атом или группа атомов, которые остаются от кислоты после удаления одного или нескольких атомов водорода. Например, в кислоте H₂SO₄ остаток — SO₄, а в соли он входит в состав сульфат-иона SO₄²⁻. Это понятие помогает понять, какая часть кислоты сохраняется при образовании соли.

Номенклатура солей — правила, по которым солям дают названия. Сначала называют кислотный остаток, затем металл: например, NaCl — хлорид натрия. Если металл способен иметь разные степени окисления, её указывают римской цифрой в скобках, чтобы различать соли одного металла.

Растворимость солей — способность соли растворяться в воде. Её обычно определяют по таблице растворимости: она показывает, какие соли хорошо растворяются, плохо растворяются или практически не растворяются. Таблица нужна, чтобы предсказать, останется ли вещество в растворе или образует осадок.

Как это устроено

Чтобы составить формулу соли, сначала определяют заряды катиона металла и аниона кислотного остатка. Затем подбирают их количество так, чтобы общий положительный заряд равнялся общему отрицательному. Например, у Al³⁺ заряд +3, а у SO₄²⁻ заряд −2; нужны два иона алюминия и три сульфат-иона, поэтому формула — Al₂(SO₄)₃. Скобки показывают, что индекс 3 относится ко всей группе SO₄.

Формулу соли можно прочитать как состав вещества и как запись его диссоциации в воде, если соль растворима. Например, Na₂SO₄ даёт два катиона Na⁺ и один анион SO₄²⁻: Na₂SO₄ → 2Na⁺ + SO₄²⁻. Число частиц и их заряды согласуются с индексами формулы, а общий заряд раствора остаётся уравновешенным. По этой записи легко определить катион металла и анион кислотного остатка.

Название соли составляют по аниону и металлу: Cl⁻ даёт название «хлорид», SO₄²⁻ — «сульфат», NO₃⁻ — «нитрат». Поэтому CuSO₄ называется сульфатом меди(II): заряд сульфат-иона равен −2, значит, заряд катиона меди должен быть +2. Обратный путь тоже начинается с зарядов: по названию находят ионы, а затем уравнивают их заряды. Так для нитрата кальция Ca²⁺ и NO₃⁻ требуются два нитрат-иона, формула — Ca(NO₃)₂.

Соли часто являются твёрдыми кристаллическими веществами. В кристалле положительные и отрицательные ионы расположены упорядоченно и притягиваются друг к другу; чтобы разделить их, требуется много энергии. Поэтому у многих солей высокие температуры плавления. Растворение возможно, когда взаимодействие частиц соли с водой помогает разделить ионы.

Таблица растворимости нужна, чтобы выяснить, какие соли останутся в воде в виде ионов, а какие образуют твёрдую фазу. При составлении реакции обмена проверяют растворимость возможных продуктов: нерастворимый продукт выпадает в осадок. Это меняет запись ионного уравнения: растворимую соль показывают в виде ионов, а осадок оставляют целой формулой. Поэтому предсказать растворимость нужно до записи сокращённого ионного уравнения.

Состав, название и растворимость основных солей

Чтобы прочитать таблицу, найди формулу, затем сравни названия, ионы и растворимость. Если нужно определить, образуется ли осадок, проверь по таблице растворимость именно предполагаемого продукта реакции. Не делай вывод только по одному из исходных веществ: после обмена состав продуктов изменяется.

Разбор задач

Назвать соли Na₂CO₃, FeCl₃ и CuSO₄

Условие. Даны формулы трёх солей; нужно определить кислотный остаток и металл в каждой. Для железа и меди следует проверить, нужно ли указать степень окисления. Последовательность действий одна: распознать анион, найти заряд металла и составить название.

1. В Na₂CO₃ остаток CO₃²⁻ называется карбонатом, металл — натрий. Название соли — карбонат натрия.
2. В FeCl₃ остаток Cl⁻ — хлорид. Три иона Cl⁻ дают заряд −3, поэтому Fe имеет заряд +3; название — хлорид железа(III).
3. В CuSO₄ остаток SO₄²⁻ — сульфат. Заряд меди равен +2, поэтому название — сульфат меди(II).

Ответ: Na₂CO₃ — карбонат натрия; FeCl₃ — хлорид железа(III); CuSO₄ — сульфат меди(II). Степень окисления натрия не указывают, потому что в таких соединениях она постоянна. Для железа и меди цифра в скобках уточняет состав соли.

Составить формулы сульфата алюминия, нитрата кальция и фосфата натрия

Условие. По названиям нужно записать формулы трёх солей. Для этого определяем заряды катионов и анионов: Al³⁺, Ca²⁺, Na⁺, SO₄²⁻, NO₃⁻ и PO₄³⁻. Индексы выбираем так, чтобы суммарный заряд каждой формулы был нулевым.

1. Для сульфата алюминия уравниваем +3 и −2. Берём два Al³⁺ и три SO₄²⁻: +6 − 6 = 0, формула Al₂(SO₄)₃.
2. Для нитрата кальция одному Ca²⁺ нужны два NO₃⁻. Заряды +2 и −2 компенсируются, формула Ca(NO₃)₂.
3. Для фосфата натрия заряды Na⁺ и PO₄³⁻ уравниваются тремя катионами натрия на один анион. Получаем Na₃PO₄.

Ответ: Al₂(SO₄)₃, Ca(NO₃)₂, Na₃PO₄. Скобки ставят, когда в формуле несколько одинаковых многоатомных ионов. После записи полезно проверить, что сумма зарядов каждого соединения равна нулю.

Получение осадка из BaCl₂, Na₂SO₄ и KNO₃

Условие. Нужно выяснить, какие из перечисленных веществ подходят для получения осадка, и записать реакцию. В задаче подразумевается смешивание растворов; проверяем, может ли пара ионов дать нерастворимую соль. По таблице растворимости сульфат бария нерастворим, а хлорид натрия и нитрат калия растворимы.

1. Смешиваем растворы BaCl₂ и Na₂SO₄: ионы Ba²⁺ и SO₄²⁻ соединяются в BaSO₄, который выпадает в осадок.
2. Уравниваем молекулярное уравнение: BaCl₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2NaCl.
3. В полном ионном уравнении растворимые вещества разделяем на ионы: Ba²⁺ + 2Cl⁻ + 2Na⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄↓ + 2Na⁺ + 2Cl⁻. Сокращаем одинаковые ионы по обе стороны.

Ответ: осадок BaSO₄ можно получить, смешав растворы BaCl₂ и Na₂SO₄; KNO₃ для этой реакции не нужен. Сокращённое ионное уравнение: Ba²⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄↓. Именно нерастворимость продукта объясняет появление осадка.

Типичные ошибки

Если индексы в формуле поставлены без уравнивания зарядов, запись может обозначать не нейтральное соединение. Такую ошибку допускают, когда механически переносят цифры из зарядов, не проверяя их. Для самопроверки умножь заряд каждого иона на его индекс и сложи положительные и отрицательные значения: сумма должна быть нулевой.

Путать названия металла и кислотного остатка — значит неверно назвать соль, например принять название кислоты за название аниона. Это происходит, если не отделить в формуле катион от остатка. Проверь себя: сначала назови анион по его составу, затем добавь название металла, как в названии «сульфат натрия».

У металлов с переменной степенью окисления цифру в скобках иногда пропускают, потому что считают название без неё достаточным. Но железо и медь могут образовывать разные соли, поэтому читателю нужно сообщить заряд металла. Проверь баланс зарядов и укажи степень окисления римской цифрой, если она не определяется однозначно по названию металла.

Нельзя считать все соли растворимыми или выбирать растворимость наугад. Такое упрощение приводит к неверному выводу об осадке и ошибкам в ионном уравнении. Сверяй ионный состав продукта с таблицей растворимости, обращай внимание на обозначения и примечания; нерастворимую соль записывай как осадок, а не как отдельные ионы.

Связь с другими темами

Для изучения солей нужны знания о составе кислот, кислотных остатках, валентности и степенях окисления, а также о зарядах ионов и электролитической диссоциации. Позже эти понятия помогут разбирать реакции обмена, составлять полные и сокращённые ионные уравнения, получать осадки и распознавать ионы. Соли встречаются при изучении химических свойств кислот и оснований, минералов и удобрений, а также в практической химии.

Что запомнить

• Соли состоят из катионов металлов и анионов кислотных остатков.
• Формула соли в целом электронейтральна.
• Название соли складывается из названия металла и кислотного остатка.
• Степень окисления металла указывают в скобках, если она может быть переменной.
• Растворимые соли в воде диссоциируют на катионы металла и анионы кислотного остатка.
• Таблица растворимости помогает определить возможность образования осадка.
• Нерастворимые соли в ионных уравнениях записывают как осадок, а не как свободные ионы.