40. Соли, их классификация и свойства

Определения и обозначения

Соль — сложное вещество, состоящее из катионов металла и анионов кислотного остатка. Катион — положительно заряженный ион, а анион — отрицательно заряженный. Например, в NaCl есть катионы Na⁺ и анионы Cl⁻, а в CaCO₃ — Ca²⁺ и CO₃²⁻. Такой состав помогает понять, как устроена формула и какие частицы могут участвовать в реакции.

Средняя соль — соль, в которой все атомы водорода кислоты замещены атомами металла. Так, при полной замене водорода в серной кислоте H₂SO₄ образуется сульфат натрия Na₂SO₄. Число ионов металла в формуле выбирают с учётом заряда кислотного остатка. Это определение позволяет отличать средние соли от веществ, в составе которых ещё сохраняется водород кислоты.

Растворимость солей — способность соли растворяться в воде. Чтобы узнать, растворима ли конкретная соль, найдите в таблице растворимости её катион и анион, а затем посмотрите на пересечение соответствующей строки и столбца. Например, для BaSO₄ нужно найти Ba²⁺ и SO₄²⁻: таблица показывает, что эта соль нерастворима. Проверка растворимости нужна, чтобы предсказывать образование осадка в реакциях.

Ряд активности металлов — последовательность металлов по убыванию их способности вступать в реакции. Чем выше металл в ряду, тем легче он отдаёт электроны и тем активнее проявляет себя в реакциях замещения. Если металл стоит выше другого, он может вытеснить его из раствора соли. Ряд помогает заранее решить, пойдёт ли такая реакция, прежде чем записывать её уравнение.

Как это устроено

Заряды ионов в соли должны взаимно компенсироваться, потому что формульная единица вещества в целом электронейтральна. Поэтому сначала определяют заряды катиона металла и аниона кислотного остатка, а затем подбирают их количества. Например, у Ca²⁺ заряд +2, а у Cl⁻ заряд −1: нужны два хлорид-иона на один ион кальция, формула — CaCl₂. Если кислотный остаток состоит из нескольких атомов и его индекс больше единицы, его записывают в скобках.

Соли можно различать по составу, а возможность их растворения проверяют не догадкой, а таблицей. В формуле находят металл и кислотный остаток, затем отыскивают их в таблице на пересечении строки и столбца. Так выясняют, останется ли соль в растворе или выпадет в осадок. Эта проверка важна ещё и потому, что малорастворимый продукт часто становится причиной протекания реакции обмена.

Металл может вытеснить другой металл из раствора его соли, если он активнее. Более активный металл легче отдаёт электроны; ионы менее активного металла принимают их и превращаются в нейтральные атомы. Например, железо активнее меди, поэтому способно вытеснить её из раствора CuSO₄. Проверять такую возможность нужно именно по ряду активности: сравнения только названий или внешнего вида металлов недостаточно.

При обмене в растворе ионы как бы меняются партнёрами, но сама запись обмена ещё не доказывает, что реакция пойдёт. Она идёт до конца, если среди продуктов появляется осадок, газ или вода: такие вещества удаляются из раствора в виде отдельной фазы или молекул. Например, при смешивании растворов BaCl₂ и Na₂SO₄ образуется нерастворимый BaSO₄. Если же все возможные продукты хорошо растворимы и нет газа или воды, заметного результата обмена обычно не будет.

При нагревании некоторые соли распадаются на более простые вещества, однако одинакового правила для всех солей нет. Продукты зависят от состава соли: карбонат кальция при сильном нагревании даёт оксид кальция и углекислый газ, CaCO₃ → CaO + CO₂. Поэтому прежде чем записывать разложение, нужно знать, к какому виду относится соль и какие продукты характерны для этого состава. Затем проверяют, чтобы число атомов каждого элемента совпадало в левой и правой частях уравнения.

Состав и химические свойства солей

Сначала определите, какие вещества вступают в реакцию, а затем выберите соответствующую строку таблицы. Для обмена проверьте по таблице растворимости продукты: осадок, газ или вода служат причиной протекания реакции до конца. Для реакции металла с солью вместо этого сравните металлы по ряду активности.

Разбор задач

Задача 1. Составьте формулу соли, образованной ионами Al³⁺ и SO₄²⁻. Формульная единица должна быть нейтральной, поэтому нельзя просто поставить ионы рядом. Нужно подобрать наименьшее количество каждого иона, при котором заряды уравновесятся. После этого проверим, не требуется ли взять кислотный остаток в скобки.

1. Наименьшее общее число, кратное зарядам 3 и 2, — 6.
2. Чтобы получить заряд +6, берём два иона Al³⁺; чтобы получить −6, нужны три иона SO₄²⁻.
3. Записываем два атома алюминия и три сульфат-иона, причём группу SO₄ заключаем в скобки.

Ответ: Al₂(SO₄)₃. Проверка: 2 · (+3) + 3 · (−2) = 0, значит, формула соответствует электронейтральности.

Задача 2. Вытеснит ли железо медь из раствора CuSO₄? Запишите уравнение. Здесь происходит возможное замещение металла, поэтому в первую очередь сравним железо и медь по ряду активности. Более активный металл может перейти в раствор в виде ионов, а менее активный выделиться из раствора. Затем составим формулы продуктов и проверим коэффициенты.

1. Железо расположено выше меди в ряду активности, следовательно, оно активнее.
2. Железо вытесняет медь, а сульфат-ион соединяется с ионом железа; образуется FeSO₄.
3. Записываем Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu и проверяем число атомов каждого элемента.

Ответ: железо вытеснит медь; уравнение реакции: Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu. Коэффициенты равны единице, поскольку число атомов слева и справа уже совпадает.

Задача 3. Смешали растворы BaCl₂ и Na₂SO₄. Произойдёт ли реакция? Запишите молекулярное и сокращённое ионное уравнения. Для обменной реакции проверим растворимость продуктов. Ионы Ba²⁺ и SO₄²⁻ могут образовать BaSO₄, который нерастворим и выпадает в осадок. Именно образование осадка показывает, что реакция идёт до конца.

1. Меняем местами ионы: получаются BaSO₄ и NaCl.
2. Уравниваем атомы и заряды: BaCl₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2NaCl.
3. В полном ионном уравнении записываем растворимые вещества в виде ионов: Ba²⁺ + 2Cl⁻ + 2Na⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄↓ + 2Na⁺ + 2Cl⁻.
4. Сокращаем одинаковые ионы Na⁺ и Cl⁻, которые не изменились в ходе реакции.

Ответ: реакция происходит, выпадает осадок BaSO₄. Молекулярное уравнение: BaCl₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2NaCl; сокращённое ионное: Ba²⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄↓.

Типичные ошибки

Ошибка при составлении формулы — записывать ионы без уравнивания зарядов. Так происходит, когда индексы подбирают на глаз или забывают, что формула вещества должна быть электронейтральной. Проверьте результат: умножьте заряд каждого иона на его индекс и сложите полученные значения. Например, у Al₂(SO₄)₃ сумма зарядов равна нулю.

Нельзя считать, что любые два раствора солей обязательно реагируют. Это заблуждение возникает, если механически поменять ионы местами, не проверив свойства продуктов. Найдите предполагаемые продукты в таблице растворимости и убедитесь, что образуется осадок, газ или вода. Если ни одного такого продукта нет, оснований утверждать, что обмен идёт до конца, нет.

При замещении иногда ошибочно считают, что менее активный металл вытесняет более активный. Направление реакции определяют не по тому, какой металл записан первым, а по их положению в ряду активности. Сравните металл в чистом виде с металлом в составе соли: вытеснить второй может только более активный первый. Например, Fe вытесняет Cu, а Cu не вытесняет Fe из его соли.

Ещё одна ошибка — сразу записывать продукты обмена или оставлять уравнение без проверки. Причина в том, что формально возможная перестановка ионов не гарантирует появления осадка, газа или воды, а коэффициенты легко потерять при записи. Проверяйте растворимость продуктов, затем пересчитайте атомы каждого элемента слева и справа. Для ионного уравнения дополнительно сокращайте только те ионы, которые присутствуют в одинаковом виде по обе стороны.

Связь с другими темами

Для изучения солей нужны знания о кислотах и основаниях, зарядах ионов, составлении формул и уравнивании реакций. Таблица растворимости помогает решать, появится ли осадок при обмене, а ряд активности — возможна ли реакция замещения. Эти инструменты пригодятся при составлении ионных уравнений и изучении способов получения веществ. Соли также связывают между собой классы неорганических соединений: кислоты, основания и оксиды.

Что запомнить

• Соль состоит из катионов металла и анионов кислотного остатка.
• Формулу соли составляют так, чтобы суммарный заряд вещества был равен нулю.
• Растворимость соли определяют по таблице растворимости.
• Более активный металл вытесняет менее активный из раствора его соли.
• Обменная реакция в растворе идёт до конца, если образуется осадок, газ или вода.
• Возможность реакции солей при нагревании зависит от состава вещества.