"Химия", Кузнецова Л.М.
Растворённая соль обычно существует не в виде целых частиц, а в виде положительных и отрицательных ионов. Они появляются, когда молекулы воды ослабляют связь ионов в кристалле и окружают их. Этот распад называют электролитической диссоциацией. Подвижные ионы объясняют, почему солевые растворы проводят электрический ток и участвуют в реакциях. Формула соли помогает определить состав ионов, а растворимость показывает, сколько частиц перейдёт в воду.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Электролитическая диссоциация — распад растворённого вещества на ионы. Соли в воде распадаются на положительные и отрицательные ионы, которые могут перемещаться по раствору. Поэтому растворённые соли проводят электрический ток: его переносят именно подвижные ионы.
Гидратация ионов — взаимодействие ионов с молекулами воды. Молекулы воды окружают частицы и удерживают их в растворе, не позволяя им сразу соединиться обратно в кристалл. Это понятие помогает объяснить, как соль растворяется и почему её ионы могут участвовать в реакциях.
Катион — положительно заряженный ион. В растворах солей катионами металлов могут быть Na⁺, Ca²⁺ или K⁺. Знак «плюс» показывает, что такой ион имеет положительный заряд, и помогает отличить его от аниона.
Анион — отрицательно заряженный ион. В солевых растворах примерами анионов кислотных остатков служат Cl⁻, SO₄²⁻ и PO₄³⁻. Их заряды и состав нужно учитывать, чтобы правильно записать формулу соли и уравнение её диссоциации.
В кристалле соли положительные и отрицательные ионы расположены рядом и притягиваются друг к другу. Это притяжение удерживает частицы в общей структуре, поэтому кристалл сохраняет форму. При растворении вода взаимодействует с ионами на поверхности кристалла и ослабляет их связь, потому что молекулы воды сами притягиваются к заряженным частицам.
Молекула воды полярна: у неё есть участки с частичными отрицательным и положительным зарядами. Поэтому около катиона располагается отрицательно заряженная часть молекул воды, а около аниона — положительно заряженная. Такое расположение создаёт вокруг иона водную оболочку и помогает воде отделять его от соседей в кристалле.
Окружённые молекулами воды ионы отделяются от кристалла и распределяются между молекулами воды. Этот процесс называют гидратацией; благодаря ему частицы остаются в растворе и могут перемещаться. В химических реакциях растворённая соль поэтому действует как набор ионов, а не как совокупность целых молекул соли.
Формула соли показывает, какие ионы образуются и сколько их приходится на одну формульную единицу. Например, CaCl₂ содержит один ион кальция и два иона хлора, поэтому запись должна учитывать число 2 перед Cl⁻. Заряды всех частиц в целом уравновешены: заряд Ca²⁺ равен сумме зарядов двух Cl⁻, то есть нулю.
Растворимость определяет, сколько вещества может перейти в воду, поэтому соли ведут себя не одинаково. Растворимые соли в значительной степени распадаются на ионы, тогда как малорастворимые дают их мало. Запись диссоциации показывает состав ионов, но сама по себе не означает, что любая соль растворяется в большом количестве.
| Соль | Формула | Катион и число катионов | Анион и число анионов | Уравнение диссоциации |
|---|---|---|---|---|
| Хлорид натрия | NaCl | Na⁺ — 1 | Cl⁻ — 1 | NaCl → Na⁺ + Cl⁻ |
| Хлорид кальция | CaCl₂ | Ca²⁺ — 1 | Cl⁻ — 2 | CaCl₂ → Ca²⁺ + 2Cl⁻ |
| Сульфат натрия | Na₂SO₄ | Na⁺ — 2 | SO₄²⁻ — 1 | Na₂SO₄ → 2Na⁺ + SO₄²⁻ |
| Фосфат калия | K₃PO₄ | K⁺ — 3 | PO₄³⁻ — 1 | K₃PO₄ → 3K⁺ + PO₄³⁻ |
Пользуйтесь таблицей, чтобы сопоставить индексы формулы с числом частиц каждого вида. Коэффициенты перед ионами в уравнении показывают, сколько таких ионов образуется из одной формульной единицы. Проверьте, что суммарные заряды катионов и анионов взаимно компенсируются.
Условие. Запишите уравнение диссоциации хлорида натрия NaCl в воде. В формуле нет индексов, значит, в одной формульной единице один атом натрия и один атом хлора. Нужно определить, какие ионы они образуют, и проверить их заряды.
Ответ. NaCl → Na⁺ + Cl⁻. Образуются по одному катиону Na⁺ и аниону Cl⁻.
Условие. Запишите диссоциацию CaCl₂ и укажите число ионов каждого вида. Индекс ₂ относится к хлору, поэтому нельзя переносить в уравнение только название ионов, забыв их количество. Заряд одного катиона кальция равен +2.
Ответ. Из одной формульной единицы образуются один Ca²⁺ и два Cl⁻; уравнение CaCl₂ → Ca²⁺ + 2Cl⁻.
Условие. Составьте уравнение диссоциации Ca₃(PO₄)₂ и проверьте баланс зарядов. Скобки показывают, что группа PO₄ повторяется два раза, а индекс ₃ у Ca задаёт число катионов кальция. Фосфат кальция малорастворим, поэтому эта запись показывает состав ионов, но в воде их образуется мало.
Ответ. Ca₃(PO₄)₂ ⇄ 3Ca²⁺ + 2PO₄³⁻. Число атомов и групп сохранено, а суммарный заряд обеих частей равен нулю.
Ошибка — представлять растворённую соль как целые молекулы, которые просто перемешались с водой. Так думают, потому что формулу соли записывают цельно, но при диссоциации она распадается на ионы. Проверьте себя: в уравнении справа должны быть указаны катион и анион, а не повторена исходная формула.
Некоторые теряют индексы формулы и пишут для CaCl₂ только один Cl⁻. Причина — индекс воспринимают как часть записи формулы, а не как число частиц. Сверьте количество каждого атома слева и иона справа: здесь справа должны быть два Cl⁻.
Можно перепутать знак заряда катиона и аниона, особенно если в формуле есть несколько ионов. Помните, что катион заряжен положительно, а анион — отрицательно; их знаки не выбирают произвольно. Проверка проста: сравните название иона и сложите заряды всех частиц справа.
Нельзя произвольно менять числа ионов или их заряды ради удобного результата. Такая ошибка нарушает состав исходной формулы или общий заряд. Пересчитайте индексы и вычислите сумму зарядов: для нейтральной формульной единицы она должна равняться нулю.
Чтобы разбираться в диссоциации, нужно знать строение атома и иона, а также уметь читать формулы солей и определять заряды ионов. Эта тема объясняет связь между составом раствора и электрической проводимостью: ток переносят подвижные ионы. Представление об ионах пригодится при изучении реакций обмена в растворах, где взаимодействуют частицы разных веществ.
Почему раствор соли проводит электрический ток?
В растворе есть подвижные положительные и отрицательные ионы. Под действием электрического поля катионы движутся к отрицательному электроду, а анионы — к положительному, перенося заряд.
Что происходит с кристаллом соли при растворении в воде?
Молекулы воды взаимодействуют с ионами на поверхности кристалла и ослабляют их взаимное притяжение. Ионы отделяются от кристалла, окружаются молекулами воды и распределяются в растворе.
Как определить, какие ионы образуются из формулы соли?
Нужно определить, какой металл или другая положительная частица входит в состав соли, и найти кислотный остаток. Индексы в формуле показывают число частиц каждого вида, а суммарные заряды должны уравновешивать друг друга.
Почему в уравнении диссоциации CaCl₂ появляются два иона Cl⁻?
Индекс ₂ в формуле показывает, что в одной формульной единице хлорида кальция содержатся два атома хлора. Поэтому при диссоциации образуются два аниона Cl⁻ на каждый катион Ca²⁺.
Все ли соли полностью распадаются на ионы в воде?
Растворимые соли в водном растворе в значительной степени распадаются на ионы. Малорастворимые соли дают мало ионов, потому что лишь небольшая часть вещества переходит в раствор.
§ 24. Состояние солей в растворе
