§ 30. Среди соединений галогенов есть кислоты и соли

Определения и обозначения

Галогеноводород — соединение водорода с галогеном, его общая формула — HX. Буква X обозначает атом одного из галогенов, поэтому примеры таких веществ — HF, HCl, HBr и HI. Эта запись помогает увидеть общий состав соединений, не перечисляя каждый раз все четыре формулы.

Галогеноводородная кислота — водный раствор галогеноводорода. Например, HCl в газообразном состоянии называют хлороводородом, а его раствор в воде — соляной кислотой. Разные названия нужны, чтобы не путать исходное вещество и раствор, свойства которого связаны с водой и ионами.

Галогенид — соль, в составе которой атомы галогена входят в виде отрицательных ионов. Соли называют фторидами, хлоридами, бромидами и иодидами: к ним относятся, например, NaF, NaCl, KBr и KI. Название показывает, какой именно галогенид-ион входит в соль.

Галогенид-ион — отрицательный ион галогена с зарядом −1. Его обозначают F⁻, Cl⁻, Br⁻ или I⁻, а верхний индекс показывает заряд. Это обозначение помогает правильно составлять формулы солей и записывать реакции между ионами.

Как это устроено

Водород взаимодействует с галогенами с образованием галогеноводородов. Атом галогена присоединяет один атом водорода: поэтому на один атом галогена в формуле приходится один атом водорода, и получается общий вид HX. Например, при соединении водорода с хлором образуется HCl, а с бромом — HBr.

Галогеноводородная кислота появляется, когда галогеноводород растворяется в воде. Молекулы вещества взаимодействуют с водой, и в растворе возникают ионы; именно они участвуют во многих реакциях кислоты. Поэтому формула HCl обозначает и газ хлороводород, и растворённое вещество, но название «соляная кислота» относится именно к водному раствору.

Соль можно получить, если металл замещает атом водорода в галогеноводородной кислоте. При этом положительный ион металла соединяется с отрицательными галогенид-ионами, а число частиц подбирают так, чтобы общий заряд равнялся нулю. Например, Mg²⁺ требует двух Cl⁻, поэтому формула хлорида магния — MgCl₂; индекс 2 относится к ионам хлора.

Раствор нитрата серебра используют для обнаружения некоторых галогенид-ионов, потому что ионы Ag⁺ образуют с ними малорастворимые соединения. При добавлении раствора к пробе с Cl⁻ выпадает белый AgCl, с Br⁻ — кремовый AgBr, а с I⁻ — жёлтый AgI. Различие цвета помогает распознать ион, а само образование осадка служит признаком реакции.

Фтороводородная кислота отличается от соляной не только силой: в воде она диссоциирует слабее. При этом она чрезвычайно опасна для человека и способна разрушать стекло, поэтому для её хранения используют специальную тару, а обращаться с ней можно только с соблюдением строгих мер безопасности. Фторид серебра, в отличие от AgCl, AgBr и AgI, растворим в воде, так что видимого осадка при реакции не получается.

Галогеноводороды, их водные растворы и соли

Сначала найдите в таблице нужный галоген, затем сопоставьте формулу галогеноводорода и название его раствора. Последние два столбца помогают связать состав соли с наблюдением в качественной реакции. Помните, что отсутствие осадка для фторида не означает, что в пробе нет ионов: AgF растворяется в воде.

Разбор задач

1. Хлороводород и бромоводородная кислота

Условие. Составьте формулы хлороводорода и бромоводородной кислоты, запишите уравнение получения хлороводорода из простых веществ. Нужно различить молекулу соединения и название её водного раствора. Также важно проверить, что число атомов каждого элемента одинаково слева и справа.

1. Хлор обозначают Cl, водород — H; у одного атома каждого элемента получается формула HCl. Это хлороводород.
2. Бром обозначают Br, поэтому бромоводород имеет формулу HBr, а его водный раствор называют бромоводородной кислотой.
3. Простые вещества водород и хлор записываем как H₂ и Cl₂. Чтобы уравнять число атомов, ставим коэффициенты: H₂ + Cl₂ → 2HCl.

Ответ: хлороводород — HCl, бромоводородная кислота — водный раствор HBr; уравнение реакции — H₂ + Cl₂ → 2HCl.

2. Формулы солей магния и алюминия

Условие. Запишите формулы хлорида магния и иодида алюминия, объяснив соотношение ионов в каждой соли. Формула должна быть электронейтральной: положительные и отрицательные заряды взаимно компенсируются. Поэтому сначала определяем заряды ионов, а затем выбираем их наименьшее целое соотношение.

1. Магний образует ион Mg²⁺, хлор — ион Cl⁻. Для компенсации заряда +2 нужны два иона с зарядом −1: Mg²⁺ + 2Cl⁻, формула соли MgCl₂.
2. Алюминий образует Al³⁺, а иод — I⁻. Один Al³⁺ уравновешивают три иона I⁻, поэтому формула соли — AlI₃.
3. Проверяем итоговые заряды: +2 − 2 = 0 для MgCl₂ и +3 − 3 = 0 для AlI₃. Значит, оба соединения нейтральны.

Ответ: хлорид магния — MgCl₂, в нём на один Mg²⁺ приходятся два Cl⁻; иодид алюминия — AlI₃, в нём один Al³⁺ связан с тремя I⁻.

3. Реакция солей натрия с нитратом серебра

Условие. К растворам NaCl, NaBr и NaI добавили нитрат серебра. Укажите наблюдения и запишите сокращённые ионные уравнения. Ионы Na⁺ и NO₃⁻ остаются в растворе и не входят в состав осадков, поэтому в сокращённом уравнении их не записывают.

1. В NaCl есть Cl⁻; при встрече с Ag⁺ образуется малорастворимый белый AgCl. Сокращённое ионное уравнение: Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl↓.
2. В NaBr есть Br⁻; выпадает кремовый AgBr. Уравнение: Ag⁺ + Br⁻ → AgBr↓.
3. В NaI есть I⁻; появляется жёлтый AgI. Уравнение: Ag⁺ + I⁻ → AgI↓.

Ответ: для NaCl наблюдают белый осадок, для NaBr — кремовый, для NaI — жёлтый. По цвету осадка можно различить содержащиеся в растворах галогенид-ионы.

Типичные ошибки

Путать хлороводород с соляной кислотой. Так происходит потому, что у газа и растворённого вещества одна формула HCl. Но хлороводород — газ, а соляная кислота — его водный раствор; проверяйте, указано ли состояние вещества.

Записывать MgCl вместо MgCl₂. Ошибка возникает, если учитывать названия элементов, но забывать о зарядах ионов. Один Mg²⁺ не уравновешивается одним Cl⁻, поэтому проверьте сумму зарядов: в MgCl₂ она равна нулю.

Считать галогенид-ион нейтральным атомом. В соли галоген принимает электрон и имеет заряд −1. Если при записи стоит F⁻, Cl⁻, Br⁻ или I⁻, это ион; отсутствие знака заряда обычно обозначает нейтральный атом или молекулу.

Ожидать одинаковый осадок от всех галогенидов. Осадки AgCl, AgBr и AgI имеют разные цвета, а AgF растворим в воде. Проверяйте и состав иона, и растворимость продукта: фторид серебра не выпадает в осадок.

Связь с другими темами

Чтобы понимать галогениды, нужно знать строение атомов галогенов и то, как они принимают электрон, образуя отрицательные ионы. Правила составления формул ионных соединений помогают находить соотношение частиц в солях. Тема опирается на свойства кислот, реакции обмена и качественные реакции на ионы: именно так обнаруживают вещества в растворах. Эти знания пригодятся при распознавании солей и изучении природных соединений галогенов.

Что запомнить

• Общая формула галогеноводородов — HX.
• Водный раствор хлороводорода называют соляной кислотой.
• Галогенид-ионы имеют заряд −1.
• Соли галогеноводородных кислот называют фторидами, хлоридами, бромидами и иодидами.
• Ионы Cl⁻, Br⁻ и I⁻ можно распознавать раствором нитрата серебра.
• Фторид серебра растворим в воде, в отличие от хлорида, бромида и иодида серебра.