Соли

Поваренная соль NaCl — лишь один представитель большого класса веществ. К солям относятся также карбонат кальция CaCO₃, входящий в состав известняка, и сульфат калия K₂SO₄. Чтобы разобраться в их свойствах, нужно научиться определять состав соли, составлять её формулу и проверять условия реакции.

Что такое соли

Соли в школьном курсе — сложные вещества, в состав которых входят катионы металлов или аммония NH₄⁺ и анионы кислотных остатков.

Например, в NaCl это Na⁺ и Cl⁻, а в (NH₄)₂SO₄ — NH₄⁺ и SO₄²⁻. Кислотные остатки бывают простыми и сложными: Cl⁻ содержит один атом, SO₄²⁻ — несколько.

Кристалл соли состоит из множества взаимодействующих ионов. Поэтому формула NaCl показывает соотношение ионов 1:1, а не отдельную молекулу. Внутри сложного иона, например сульфат-иона, атомы связаны ковалентными связями.

Формулы и названия

Соль электрически нейтральна: сумма положительных зарядов равна по модулю сумме отрицательных. У Ca²⁺ заряд +2, у Cl⁻ заряд −1. Одному иону кальция соответствуют два хлорид-иона: CaCl₂. В Al₂(SO₄)₃ два Al³⁺ дают +6, три SO₄²⁻ дают −6. Скобки показывают, что индекс относится ко всему сложному иону.

В русском названии сначала называют кислотный остаток, затем металл или аммоний: NaCl — хлорид натрия, CaCO₃ — карбонат кальция, KNO₃ — нитрат калия. Если металл имеет разные степени окисления, её указывают римской цифрой: FeCl₂ — хлорид железа(II), FeCl₃ — хлорид железа(III). В этих соединениях степень окисления железа совпадает с зарядом его иона.

Средние, кислые и основные соли

NaHSO₄ называют гидросульфатом натрия, NaHCO₃ — гидрокарбонатом натрия. Наличие буквы H само по себе ничего не доказывает: NH₄Cl — средняя соль, потому что водород входит в катион аммония, а не в кислотный остаток. В составе основной соли Cu₂(OH)₂CO₃ два иона Cu²⁺ уравновешивают заряды двух OH⁻ и одного CO₃²⁻.

«Кислая соль» и «кислый раствор» — разные понятия. Первое характеризует состав, второе — среду раствора.

Например, водный раствор кислой соли NaHCO₃ имеет слабощелочную среду. Ионы взаимодействуют с водой, поэтому предсказывать pH только по наличию H или OH в формуле нельзя.

Физические свойства и растворимость

При обычных условиях многие соли — кристаллические твёрдые вещества. Они бывают бесцветными и окрашенными. Многие плавятся при высокой температуре, другие раньше разлагаются. Твёрдый ионный кристалл обычно не проводит ток: ионы закреплены в решётке. В растворе растворимой соли они подвижны, и раствор проводит электрический ток.

Не все соли растворимы в воде: NaCl растворяется хорошо, а BaSO₄ практически нерастворим. Растворимость зависит от вещества и условий, включая температуру. Для школьных задач используют таблицу растворимости солей, кислот и оснований. Проверка вещества на вкус не служит способом его определения.

Химические свойства солей

Реакции с кислотами

Карбонат кальция реагирует с раствором соляной кислоты. Образующаяся угольная кислота превращается в воду и углекислый газ:

CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + CO₂↑ + H₂O.

Выделение газа способствует протеканию реакции. Однако произвольная соль не обязана реагировать с любой кислотой: нужно проверять состав продуктов и условия.

Реакции с растворами солей и щелочей

При взаимодействии растворов хлорида бария и сульфата натрия образуется осадок сульфата бария:

BaCl₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2NaCl.

Сульфат меди(II) с раствором гидроксида натрия образует осадок гидроксида меди(II):

CuSO₄ + 2NaOH → Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄.

В школьных реакциях обмена признаком возможности практически полного превращения служит образование осадка, газа или слабого электролита, например воды. Если все ионы остаются в растворе без изменения, одной перестановки частей формул недостаточно. Исходные вещества должны действительно взаимодействовать в выбранных условиях.

Реакции с металлами

Более активный металл может вытеснять менее активный из раствора его соли. Например, железо восстанавливает медь из раствора сульфата меди(II):

Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu.

Обратное превращение с медью и раствором FeSO₄ по этой схеме не происходит. Правило применяют с учётом растворимости соли, состояния поверхности металла и побочных реакций. Его нельзя напрямую переносить на натрий, калий и кальций в водных растворах: эти металлы активно взаимодействуют с самой водой.

Получение солей

Один из способов — нейтрализация кислоты основанием. Для полного замещения кислотного водорода серной кислоты требуется соответствующее количество щёлочи:

H₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂O.

Соли получают также из подходящих кислотных и основных оксидов, из металлов и кислот, реакциями обмена. Применимость каждого способа проверяют для конкретных веществ.

Продукт взаимодействия углекислого газа со щёлочью зависит от соотношения реагентов. При достаточном количестве NaOH школьная схема имеет вид:

CO₂ + 2NaOH → Na₂CO₃ + H₂O.

Дальнейшее поглощение CO₂ водным раствором карбоната приводит к гидрокарбонату:

Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O → 2NaHCO₃.

Реальный состав раствора зависит от соотношения веществ и условий; утверждение «кислотный оксид всегда даёт только среднюю соль» неверно.

Разложение при нагревании

Некоторые соли разлагаются при нагревании. Например, при сильном нагревании карбоната кальция:

CaCO₃ → CaO + CO₂↑.

Нельзя применять эту схему ко всем карбонатам или ко всем солям: продукты и необходимая температура зависят от состава вещества.

Как проверить своё решение

1. Выделите катион и кислотный остаток. Не относите гидроксид натрия к солям только потому, что он тоже состоит из ионов: NaOH — основание.
2. Проверьте общий заряд формулы. Индексы выбирают по зарядам ионов; индекс внутри готового кислотного остатка произвольно менять нельзя.
3. Уточните условия реакции: растворены ли вещества, возможен ли осадок, какой газ образуется. Указание «вещества смешали» ещё не доказывает химическое превращение.
4. После расстановки коэффициентов пересчитайте атомы каждого элемента слева и справа. Коэффициент меняет число формульных единиц, а изменение индекса создаёт формулу другого вещества.

Три разобранных примера

1. Составить формулу фосфата кальция

Заряды ионов: Ca²⁺ и PO₄³⁻. Наименьшее общее кратное 2 и 3 равно 6. Нужны три иона кальция и два фосфат-иона: Ca₃(PO₄)₂. Проверка: 3 × (+2) + 2 × (−3) = 0. Индексы выражают соотношение ионов, а не их заряды.

2. Назвать Fe₂(SO₄)₃

Три сульфат-иона имеют общий заряд −6. Значит, на два атома железа приходится +6, на каждый — +3. Название: сульфат железа(III). Цифра III характеризует степень окисления железа, а не число его атомов в формуле.

3. Проверить реакцию NaCl с KNO₃

Предполагаемые продукты обмена — NaNO₃ и KCl — растворимы. В разбавленном водном растворе остаются те же ионы Na⁺, Cl⁻, K⁺ и NO₃⁻. Осадок, газ и слабый электролит не образуются: сокращённого ионного уравнения реакции нет.

Задания для самопроверки

1. Составьте формулу сульфата алюминия из Al³⁺ и SO₄²⁻.
2. Назовите CuCl₂ и определите степень окисления меди.
3. Распределите Na₂CO₃, NaHCO₃, NH₄Cl и Cu₂(OH)₂CO₃ по видам солей.
4. Расставьте коэффициенты: CaCO₃ + HCl → CaCl₂ + CO₂ + H₂O. Что способствует реакции?
5. Будет ли медь вытеснять железо из водного раствора FeSO₄? Объясните.

Ответы и объяснения

1. Al₂(SO₄)₃: заряды +6 и −6 взаимно компенсируются.
2. Хлорид меди(II); два хлорид-иона требуют катиона Cu²⁺.
3. Na₂CO₃ и NH₄Cl — средние; NaHCO₃ — кислая; Cu₂(OH)₂CO₃ — основная. В NH₄Cl водород принадлежит катиону.

4. CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + CO₂↑ + H₂O.

   Существенно образование и выделение CO₂.

5. Нет: медь менее активна, чем железо, и не вытесняет его из такого раствора.

Связанные темы

Для повторения: оксиды, основания, кислоты, амфотерные гидроксиды и оксиды.

Источники для углубления

С. Т. Жуков: классы неорганических веществ, материалы химического факультета МГУ; OpenStax: гидролиз солей и среда растворов.