"Химия", Кузнецова Н.Е., Титова И.М., Гара Н.Н.
Соли — сложные вещества, которые в водном растворе или расплаве распадаются на положительные и отрицательные ионы. Благодаря подвижным ионам такие растворы и расплавы проводят электрический ток, поэтому соли относят к электролитам. Чтобы записать диссоциацию, нужно определить состав соли, учесть индексы в формуле и проверить заряды: их сумма всегда равна нулю. Также важно помнить, что растворимость солей в воде различается.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Соль — сложное вещество, состоящее из катионов металла или иона аммония NH₄⁺ и анионов кислотного остатка. Катион — положительно заряженный ион, а анион — отрицательно заряженный; кислотный остаток образуется из кислоты без атомов водорода. Это определение помогает увидеть, на какие частицы соль распадается и как составить её формулу.
Диссоциация солей — распад соли в растворе или расплаве на отдельные ионы. Ионы при этом не возникают из ничего: они уже присутствуют в составе вещества, но становятся подвижными. Понятие нужно, чтобы объяснить электропроводность растворов и записывать происходящие в них превращения.
Катионы соли несут положительный заряд, а анионы кислотного остатка — отрицательный. Индексы в формуле указывают число соответствующих ионов, а их заряды должны взаимно уравновешиваться: формульная единица соли нейтральна. Это правило позволяет определить неизвестный заряд и проверить правильность формулы.
Растворимость солей — способность вещества растворяться в воде; разные соли растворяются по-разному. Если соль растворяется, её ионы переходят в раствор и могут стать подвижными, тогда образуется раствор электролита. Поэтому при обсуждении диссоциации нужно учитывать не только состав соли, но и её растворимость.
В твёрдой соли положительные и отрицательные ионы расположены в упорядоченной кристаллической решётке. Их притяжение удерживает частички на определённых местах, поэтому они не могут свободно перемещаться по веществу. Молекулы воды полярны: разные их части взаимодействуют с положительными и отрицательными ионами. Такое взаимодействие ослабляет связи в решётке, и ионы отделяются от неё, переходя в раствор.
Уравнение диссоциации показывает, какие ионы получаются из формульной единицы соли и в каком количестве. Слева записывают формулу вещества, затем ставят стрелку, а справа — формулы ионов с их зарядами. Индексы исходной формулы становятся коэффициентами перед соответствующими ионами: у Na₂SO₄ справа будет два Na⁺ и один SO₄²⁻. Коэффициенты нужны, чтобы число частиц каждого элемента сохранялось.
Состав и заряды ионов можно определить, зная типичные заряды и проверяя нейтральность соли. Например, в CaCl₂ катион кальция имеет заряд +2, а каждый хлорид-ион — заряд −1: один Ca²⁺ уравновешивают два Cl⁻. В K₂SO₄ два катиона K⁺ дают суммарный заряд +2, поэтому сульфат-ион имеет заряд −2. Такой подсчёт позволяет проверить формулу даже тогда, когда индекс не написан: отсутствие индекса означает единицу.
При диссоциации растворимых солей кислотный остаток, состоящий из нескольких атомов, обычно сохраняется как единый ион. Так, SO₄²⁻ и PO₄³⁻ не превращаются в отдельные атомы серы, кислорода или фосфора. Причина в том, что на этом этапе рассматривают разделение ионов соли, а не распад самого кислотного остатка. Его состав внутри формулы иона остаётся неизменным.
И в водном растворе, и в расплаве соли ионы способны двигаться, поэтому оба состояния проводят электрический ток. В растворе подвижность появляется благодаря взаимодействию с водой, а в расплаве — потому что нагревание разрушает упорядоченность твёрдой решётки. В твёрдой соли ионы остаются на закреплённых местах и ток не проводят. Растворимость определяет, сколько соли может перейти в воду, поэтому растворы разных солей содержат разное количество ионов.
В таблице показаны катион и анион каждой соли, а также соответствующее уравнение диссоциации. Индексы в формулах помогают определить коэффициенты перед ионами, а их заряды позволяют проверить нейтральность. Сравнивайте число частиц слева и справа и следите, чтобы многоатомный ион оставался целым.
| Соль | Формула | Катион | Анион | Уравнение диссоциации |
|---|---|---|---|---|
| Хлорид натрия | NaCl | Na⁺ | Cl⁻ | NaCl → Na⁺ + Cl⁻ |
| Сульфат калия | K₂SO₄ | K⁺ | SO₄²⁻ | K₂SO₄ → 2K⁺ + SO₄²⁻ |
| Хлорид кальция | CaCl₂ | Ca²⁺ | Cl⁻ | CaCl₂ → Ca²⁺ + 2Cl⁻ |
| Фосфат натрия | Na₃PO₄ | Na⁺ | PO₄³⁻ | Na₃PO₄ → 3Na⁺ + PO₄³⁻ |
Условие. Запишите уравнение диссоциации хлорида натрия NaCl и укажите заряды ионов. Сначала определим, какие частицы образуют соль, затем запишем их после стрелки. В формуле нет индексов, поэтому каждого иона будет по одному.
Ответ. NaCl → Na⁺ + Cl⁻; образуются катион Na⁺ и анион Cl⁻. В сумме получается два иона, а их общий заряд равен нулю. Это совпадает с нейтральным зарядом исходной соли.
Условие. Запишите уравнение диссоциации Na₂SO₄ и подсчитайте число образующихся ионов. В составе соли есть два атома натрия и один сульфат-ион. Поэтому при распаде важно поставить коэффициент перед натрием, но не разделять SO₄²⁻ на атомы.
Ответ. Na₂SO₄ → 2Na⁺ + SO₄²⁻; всего образуются три иона. В число ионов входит целый сульфат-ион, а не отдельные атомы внутри него. Проверка зарядов подтверждает, что уравнение записано верно.
Условие. Составьте формулу соли из ионов Al³⁺ и SO₄²⁻, затем запишите её диссоциацию. Индексы нужно подобрать так, чтобы положительный и отрицательный заряды взаимно компенсировались. После этого проверим, что при диссоциации получаются те же частицы в правильном количестве.
Ответ. Формула соли — Al₂(SO₄)₃, уравнение — Al₂(SO₄)₃ → 2Al³⁺ + 3SO₄²⁻. Заряды и число атомов сохраняются, а сульфат-ион остаётся целым. Получается два катиона алюминия и три сульфат-иона.
Первая ошибка — не поставить коэффициент перед ионом, если в формуле соли у него есть индекс. Её допускают, потому что путают индекс в формуле вещества с индексом внутри формулы иона. Проверьте, сколько таких ионов было в соли: например, CaCl₂ даёт два Cl⁻, а не один.
Вторая ошибка — разделить многоатомный кислотный остаток на отдельные атомы. Так происходит, когда забывают, что при диссоциации соли отделяются друг от друга готовые ионы. Сверьте формулу кислотного остатка с исходной: SO₄²⁻ должен остаться SO₄²⁻, а не превратиться в S и O.
Третья ошибка — указать неверный заряд иона, не проверив баланс. Часто заряд определяют по одному индексу, не учитывая число всех частиц. Умножьте заряд каждого иона на его коэффициент и сложите результаты: для соли сумма должна быть нулевой.
Четвёртая ошибка — считать, что любое твёрдое кристаллическое вещество проводит ток. В кристалле соли заряженные частицы присутствуют, но закреплены в решётке и не переносят заряд по веществу. Чтобы проверить себя, спросите, могут ли ионы свободно двигаться: ток проводят раствор или расплав, но не твёрдая соль.
Для понимания диссоциации нужно знать, что такое электролит, ион, катион и анион, а также уметь распознавать состав кислот и оснований. Эти понятия помогают находить в формуле соли катион и кислотный остаток и объяснять появление заряженных частиц в растворе. Если забыли заряд иона, воспользуйтесь известными зарядами и проверьте нейтральность формулы.
Уравнения диссоциации пригодятся при изучении реакций обмена в растворах. Когда ионы взаимодействуют, некоторые сочетания частиц могут образовать малорастворимое вещество — осадок. Представление о составе раствора помогает записать ионное уравнение и понять, какие частицы действительно участвуют в реакции.
Почему соли проводят электрический ток в растворе, но не в твёрдом состоянии?
В растворе или расплаве ионы могут перемещаться и переносить электрический заряд. В твёрдой соли они закреплены в кристаллической решётке, поэтому свободно двигаться не могут. Именно подвижность заряженных частиц необходима для проведения тока.
Как определить заряды ионов в формуле соли?
Определите заряды знакомых катиона и кислотного остатка и проверьте, чтобы сумма зарядов с учётом индексов была равна нулю. Например, в CaCl₂ один Ca²⁺ уравновешен двумя Cl⁻. Если заряд одного иона неизвестен, его можно найти из условия нейтральности формулы.
Почему при диссоциации перед ионами появляются коэффициенты?
Индекс в формуле показывает, сколько частиц данного вида приходится на одну формульную единицу соли. При записи диссоциации этот индекс становится коэффициентом перед ионом: например, K₂SO₄ → 2K⁺ + SO₄²⁻. Так сохраняется число атомов и проверяется общий заряд.
Распадается ли на отдельные атомы многоатомный кислотный остаток?
При диссоциации соли многоатомный кислотный остаток обычно сохраняется как целый ион. Например, сульфат-ион SO₄²⁻ записывают целиком, а не разделяют на атомы серы и кислорода. Его дальнейшие превращения рассматривают отдельно, если для этого есть условия.
Как проверить правильность уравнения диссоциации соли?
Сравните число атомов каждого элемента слева и справа, учитывая коэффициенты и индексы внутри ионов. Затем сложите заряды всех ионов справа: сумма должна быть равна нулю, как у исходной соли. Также проверьте, что многоатомный кислотный остаток записан целиком.
§11. Соли как электролиты
