§ 22. Соли

Определения и обозначения

Соль — сложное вещество, состоящее из катионов металла или аммония и анионов кислотного остатка. Катион — положительно заряженная частица, а анион — отрицательно заряженная. Например, в NaCl положительный ион — Na⁺, отрицательный — Cl⁻. Такое определение помогает увидеть, на какие ионы можно мысленно разделить формулу соли.

Кислотный остаток — атом или группа атомов, остающиеся от кислоты после отщепления атомов водорода. Так, у HCl остаток Cl, а у H₂SO₄ — группа SO₄. Вместе с атомами водорода при их отщеплении меняется и заряд частицы, поэтому знание остатка помогает определить и его заряд.

Средняя соль — соль, в которой все атомы водорода кислоты замещены атомами металла. Например, в Na₂SO₄ нет атомов водорода, а два иона Na⁺ соответствуют двум атомам водорода в H₂SO₄. Это понятие позволяет отличать такой состав от соли, в которой замещение произошло не полностью.

Кислая соль — соль, в составе кислотного остатка которой сохранилась часть атомов водорода кислоты. Например, NaHSO₄ содержит остаток HSO₄⁻: один атом водорода серной кислоты ещё остаётся в нём. Такое определение нужно, чтобы отличать кислые соли от средних и не путать их с кислотами.

Как это устроено

Состав кислоты подсказывает, какой кислотный остаток может войти в соль: мысленно убираем из формулы кислоты атомы водорода. Например, из H₂CO₃ получается остаток CO₃, а из HNO₃ — NO₃. Удалённые атомы водорода оставляют отрицательный заряд остатка: CO₃²⁻ и NO₃⁻. Поэтому число атомов водорода в кислоте помогает установить заряд остатка.

Состав основания помогает определить катион металла: металл в формуле основания и будет положительной частью соли. Например, из Ca(OH)₂ узнаём катион Ca²⁺, а из Al(OH)₃ — Al³⁺. Группы OH в соли не входят как кислотный остаток; при составлении соли учитывают именно металл и ион, полученный из кислоты. Так формула основания служит подсказкой для выбора катиона и его заряда.

Формула соли должна быть электрически нейтральной, потому что вещество в целом не имеет заряда. Это означает, что положительный заряд всех катионов компенсирует отрицательный заряд всех анионов. Например, один Ca²⁺ и два Cl⁻ дают суммарно +2 и −2. Если заряды не уравновешены, записанное сочетание ионов не является формулой нейтральной соли.

Чтобы составить формулу, подбирают число катионов и анионов так, чтобы их суммарные заряды уравновесились, а затем записывают это отношение индексами. Для Al³⁺ и SO₄²⁻ нужны два катиона алюминия и три сульфат-иона: общий заряд составит +6 и −6. Получается Al₂(SO₄)₃, где скобки показывают, что индекс 3 относится ко всей группе SO₄. Индексы должны быть наименьшими целыми числами, поэтому общее соотношение сокращают, если все числа делятся на один и тот же множитель.

Название соли составляют из названия кислотного остатка и названия металла: сначала называют остаток, затем металл. Например, NaCl — хлорид натрия, поскольку остаток Cl называется хлоридом. Если металл может иметь разную валентность, её указывают римской цифрой в скобках: FeCl₃ — хлорид железа(III). Среднюю и кислую соль различают по составу остатка: если в нём сохранился водород, соль кислая, как NaHSO₄. Само присутствие буквы H в формуле ещё не доказывает, что перед нами кислота: нужно выяснить, входит ли водород в кислотный остаток соли.

Состав и названия солей

Сначала сравни состав кислотного остатка с остатком исходной кислоты: сохранившийся в нём водород указывает на кислую соль. Затем проверь, что суммарные заряды частиц уравновешиваются. Примеры в таблице показывают, что наличие водорода в формуле само по себе не делает вещество кислотой.

Разбор задач

1. Назвать NaCl и CaCO₃ и указать ионы

В формулах нужно найти катион металла и анион кислотного остатка, после чего назвать соль. У NaCl металл натрий образует ион Na⁺, а остаток соляной кислоты — Cl⁻. В CaCO₃ катион кальция Ca²⁺, а остаток угольной кислоты — CO₃²⁻. Проверка зарядов показывает, что в каждом случае суммарный заряд равен нулю.

1. В NaCl запишем ионы Na⁺ и Cl⁻. Заряды +1 и −1 уравновешиваются.
2. Остаток Cl называется хлоридом, поэтому NaCl — хлорид натрия.
3. В CaCO₃ запишем Ca²⁺ и CO₃²⁻. Заряды +2 и −2 также уравновешиваются.
4. Остаток CO₃ называется карбонатом, поэтому CaCO₃ — карбонат кальция.

Ответ: NaCl — хлорид натрия, состоит из Na⁺ и Cl⁻; CaCO₃ — карбонат кальция, состоит из Ca²⁺ и CO₃²⁻.

2. Формула сульфата алюминия

Даны катион алюминия Al³⁺ и сульфат-ион SO₄²⁻. Формула должна иметь нулевой общий заряд, поэтому одного иона каждого вида недостаточно: их заряды не компенсируют друг друга. Подберём минимальное общее значение зарядов — 6: его дают два катиона алюминия и три сульфат-иона. Поскольку сульфатная группа повторяется трижды, её нужно заключить в скобки.

1. Запишем заряды: Al³⁺ и SO₄²⁻.
2. Найдём наименьшее общее число для 3 и 2 — это 6.
3. Для суммарного заряда +6 возьмём 2Al³⁺, а для −6 — 3SO₄²⁻.
4. Запишем формулу Al₂(SO₄)₃. Проверим: 2 × (+3) + 3 × (−2) = 0.

Ответ: Al₂(SO₄)₃ — сульфат алюминия. Индекс 3 за скобками показывает число целых сульфат-ионов, а не число атомов серы или кислорода отдельно.

3. Средняя или кислая соль

Сравним Na₂SO₄ и NaHSO₄. Обе формулы содержат натрий и серосодержащий кислотный остаток, но во второй есть водород внутри группы HSO₄. Проверим, является ли он частью кислотного остатка: HSO₄⁻ сохраняет атом водорода от серной кислоты. В Na₂SO₄ остаток SO₄²⁻ водорода не содержит, значит, это средняя соль.

1. В Na₂SO₄ выделим ионы Na⁺ и SO₄²⁻: атомов водорода в остатке нет.
2. Соль называется сульфатом натрия и относится к средним солям.
3. В NaHSO₄ выделим Na⁺ и HSO₄⁻: водород входит в кислотный остаток.
4. Эту соль называют гидросульфатом натрия; она кислая.

Ответ: Na₂SO₄ — средняя соль, сульфат натрия; NaHSO₄ — кислая соль, гидросульфат натрия. Заряды в обеих формулах уравновешены: +2 и −2 в первой, +1 и −1 во второй.

Типичные ошибки

Индексы в формуле соли нельзя выбирать произвольно: они задают число ионов, нужное для уравновешивания зарядов. Ошибку допускают, если ориентируются только на внешний вид формулы или переписывают заряд как индекс без проверки. Для самопроверки умножь заряд каждого иона на его количество и сложи результаты: сумма должна быть нулевой.

Если многоатомный кислотный остаток встречается больше одного раза, его заключают в скобки: Al₂(SO₄)₃. Без скобок запись Al₂SO₄ не покажет три сульфат-иона и будет прочитана иначе. Ошибка возникает, когда забывают, что индекс после группы относится ко всем атомам внутри неё. Проверь, что скобки охватывают весь остаток, а индекс стоит снаружи.

Заряд кислотного остатка и индекс — не одно и то же: заряд показывает свойство иона, а индекс — сколько таких частиц записано в формуле. Их путают, потому что оба связаны с числами. Например, SO₄²⁻ имеет заряд 2−, а в Al₂(SO₄)₃ индекс 3 показывает число сульфат-ионов. Проверяй, относится ли число к отдельному иону как заряд или стоит в формуле как индекс.

Не всякая соль с буквой H автоматически кислая: водород должен входить именно в кислотный остаток. Такая ошибка появляется, если формулу читают по наличию символа H, не разбирая её на ионы. Для проверки выдели катион и анион: в NaHSO₄ водород входит в HSO₄⁻, поэтому соль кислая. Затем убедись, что перед тобой соль, а не кислота: в её составе есть катион металла.

Связь с другими темами

Для составления солей нужны знания о составе кислот и оснований, названиях распространённых кислот и зарядах или валентностях ионов. Это позволяет определить кислотный остаток и катион металла. Формулы и названия солей пригодятся при записи уравнений реакций, особенно обменных реакций. Таблица растворимости поможет выяснить, образуется ли при такой реакции осадок.

Что запомнить

• Соли состоят из катионов металла и анионов кислотного остатка.
• Формула соли в целом электрически нейтральна.
• Кислотный остаток образуется из кислоты при отщеплении атомов водорода.
• В средней соли атомы водорода кислоты замещены металлом.
• В кислой соли часть атомов водорода сохраняется в кислотном остатке.
• Названия солей образуют по названию кислотного остатка и металла.