§ 22. Бинарные соли

Определения и обозначения

Бинарная соль — сложное вещество, состоящее из атомов металла и одного неметалла. Слово «бинарная» указывает на то, что в составе соединения два химических элемента. Например, в NaCl есть натрий и хлор, а кислорода нет. Поэтому бинарные соли отличаются от солей, в составе которых присутствует кислород.

Кислотный остаток бескислородной кислоты — часть её молекулы, остающаяся после удаления атомов водорода. Например, в молекуле HCl после удаления водорода остаётся хлор, а в H₂S — сера. При образовании бинарной соли атомы водорода заменяются атомами металла. Это помогает понять, какой неметалл входит в соль и откуда он берётся.

Название бинарной соли составляют из изменённого названия неметалла с окончанием «-ид» и названия металла. Сначала называют неметалл: например, хлор превращается в хлорид, а сера — в сульфид. Затем называют металл, поэтому NaCl — хлорид натрия. Такой порядок позволяет сразу распознать оба элемента в веществе.

Индекс — маленькое число справа внизу от символа элемента, показывающее число его атомов в формульной единице вещества. В записи MgCl₂ индекс 2 означает, что на один атом магния приходится два атома хлора. Если атомов элемента один, индекс 1 не пишут. Понимание индексов необходимо, чтобы читать формулу и проверять соотношение частиц.

Как это устроено

Бинарные соли связаны с бескислородными кислотами, потому что при их образовании атомы водорода в кислоте замещаются атомами металла. Например, из хлороводородной кислоты HCl может образоваться хлорид, а из сероводородной H₂S — сульфид. В остатке кислоты водород заменён металлом, но неметалл сохраняется. Поэтому по кислотному остатку можно определить, какой неметалл будет в соли.

Формула соли должна описывать электрически нейтральное вещество. Частицы металлов обычно имеют положительный заряд, а частицы неметаллов — отрицательный, поэтому их заряды компенсируют друг друга. Если положительный заряд не равен по величине отрицательному, формула описывала бы заряженную частицу, а не нейтральное соединение. Например, один ион Mg²⁺ уравновешивают два иона Cl⁻: +2 − 2 = 0.

Чтобы найти индексы, подбирают такое соотношение ионов, при котором общий заряд равен нулю. Например, алюминий образует Al³⁺, а сера — S²⁻. Два иона алюминия дают заряд +6, а три иона серы — заряд −6, поэтому формула будет Al₂S₃. Индексы должны быть наименьшими целыми числами: запись с четырьмя Al³⁺ и шестью S²⁻ можно сократить до того же соотношения 2:3.

Название составляют по формуле, сначала называя неметалл с окончанием «-ид», а затем металл. Например, NaCl — хлорид натрия, а MgCl₂ — хлорид магния. Если металл может иметь разные заряды, в названии после него указывают степень окисления римской цифрой в скобках. Это уточнение нужно, чтобы отличить соединения одного металла с разными зарядами его частиц.

Чтобы составить формулу по названию, сначала определяют, какие ионы образуют металл и неметалл, и записывают их заряды. Затем подбирают индексы, уравнивающие общий положительный и отрицательный заряды. Так, название сульфид алюминия подсказывает, что нужны Al³⁺ и S²⁻, а их нейтральное соотношение — два к трём. В конце проверяют, что индексы нельзя сократить, и не ставят индекс 1.

Состав, заряды частиц и названия бинарных солей

В таблице заряд частицы показывает, какой вклад она вносит в общий заряд формулы, а соотношение — сколько частиц каждого вида приходится друг на друга. Индексы формулы дают это соотношение: например, в Fe₂S₃ железа и серы в отношении 2:3. Сравнивайте заряд каждой частицы с её количеством, чтобы проверить, что сумма зарядов равна нулю.

Разбор задач

Задача 1. Назвать соль NaCl и определить, из каких частиц она состоит. Сначала посмотрим на символы: Na обозначает металл натрий, а Cl — неметалл хлор. Индексов у обоих символов нет, значит, в формульной единице по одному атому каждого элемента. Название неметалла меняем на «хлорид» и ставим его перед названием металла.

1. Определяем элементы: Na — натрий, Cl — хлор.
2. Называем соль: неметалл получает окончание «-ид», затем называем металл.
3. По отсутствию индексов устанавливаем соотношение частиц 1:1; это соответствует Na⁺ и Cl⁻.

Ответ: NaCl — хлорид натрия; в составе формульной единицы один атом натрия и один атом хлора, заряды ионов равны +1 и −1.

Задача 2. Составить формулу сульфида алюминия, если частицы алюминия имеют заряд Al³⁺, а частицы серы — S²⁻. Одного иона каждого вида недостаточно: сумма +3 − 2 не равна нулю. Нужно подобрать наименьшее количество частиц, чтобы положительный и отрицательный заряды уравнялись.

1. Записываем заряды: Al³⁺ и S²⁻.
2. Подбираем числа частиц: два иона Al³⁺ дают +6, три иона S²⁻ дают −6.
3. Записываем количество атомов индексами: два алюминия и три серы.
4. Проверяем заряд: 2 × (+3) + 3 × (−2) = 0.

Ответ: формула сульфида алюминия — Al₂S₃. Соотношение частиц 2:3 уже наименьшее, поэтому индексы сокращать не нужно.

Задача 3. Составить формулы сульфида железа(II) и сульфида железа(III), затем объяснить различие названий. Римские цифры указывают заряд иона железа: для (II) это Fe²⁺, для (III) — Fe³⁺. Заряд иона серы в обоих случаях S²⁻, поэтому формулы будут разными.

1. Для сульфида железа(II) уравниваем Fe²⁺ и S²⁻ в отношении 1:1: получаем FeS.
2. Для сульфида железа(III) подбираем частицы: два Fe³⁺ дают +6, три S²⁻ — −6; получаем Fe₂S₃.
3. Проверяем нейтральность обеих формул и записываем степень окисления железа в названии римской цифрой.

Ответ: FeS — сульфид железа(II), Fe₂S₃ — сульфид железа(III). Цифры нужны, потому что железо образует ионы с разными зарядами, а индексы отражают разные соотношения частиц.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что любая соль содержит кислород. Так можно подумать, потому что многие знакомые соли содержат кислород. Но в бинарной соли есть только металл и один неметалл. Проверяйте состав формулы: если в ней два элемента и один из них металл, кислород не обязателен.

Ошибка: записывать индексы по зарядам, не проверяя нейтральность. При подборе чисел легко перепутать, какой заряд положительный, а какой отрицательный. Умножьте заряд каждого иона на его индекс и сложите результаты; правильная формула даёт ноль. Например, для Al₂S₃ проверка выглядит так: 2 × (+3) + 3 × (−2) = 0.

Ошибка: оставлять несокращённые индексы. Индексы могут указывать на верное соотношение, но не быть наименьшими, если их можно разделить на одно и то же число. Такое бывает при механическом переносе зарядов в формулу. Сократите индексы и снова проверьте заряды: например, соотношение 4:6 сокращается до 2:3.

Ошибка: не указывать степень окисления металла с переменной валентностью. У железа могут быть разные заряды, поэтому название «сульфид железа» не сообщает, какая именно формула имеется в виду. Римская цифра уточняет степень окисления: FeS — сульфид железа(II), Fe₂S₃ — сульфид железа(III). Проверяйте, относится ли металл к тем, для которых возможны разные степени окисления.

Связь с другими темами

Для работы с бинарными солями нужно узнавать символы элементов, различать металлы и неметаллы и понимать, что показывают индексы. Также пригодятся знания о валентности и зарядах ионов: без них нельзя подобрать правильное соотношение частиц. Умение составлять формулы помогает изучать другие классы солей и записывать уравнения реакций. Оно также нужно, чтобы распознавать продукты взаимодействия металлов с неметаллами.

Что запомнить

• Бинарная соль состоит из металла и одного неметалла.
• Название неметалла в бинарной соли обычно оканчивается на «-ид».
• Формула вещества в целом электрически нейтральна.
• Индексы показывают соотношение частиц и записываются наименьшими целыми числами.
• Индекс 1 в формуле не пишут.
• Для металла с переменной валентностью её указывают в названии римской цифрой.