Соли: состав, названия и способы получения

Поваренная соль NaCl есть на каждой кухне, карбонат кальция CaCO₃ входит в состав мела и известняка, а сульфат меди(II) CuSO₄ используют в лабораторных опытах. Все эти вещества относятся к солям. В школьной химии соли встречаются почти в каждой цепочке превращений: они образуются при нейтрализации, реагируют с металлами и могут выпадать в осадок. Чтобы правильно записывать уравнения, нужно уметь видеть в формуле катион металла и кислотный остаток.

Соль не обязательно выглядит как белые кристаллы. Соли бывают бесцветными, голубыми, зелёными, хорошо растворимыми или практически нерастворимыми в воде. Их свойства зависят от ионов, из которых они построены. Таблица растворимости помогает предсказать, останется ли соль в растворе или образует осадок.

Что называют солями

В формуле NaCl катион натрия Na⁺ соединён с хлорид-ионом Cl⁻. В сульфате кальция CaSO₄ катион Ca²⁺ соединён с сульфат-ионом SO₄²⁻. Кислотный остаток сохраняет свой состав во многих реакциях. Например, в реакции H₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂O сульфат-ион переходит из кислоты в соль без изменения.

Растворимые соли в воде распадаются на ионы. Хлорид калия KCl диссоциирует на K⁺ и Cl⁻, а нитрат кальция Ca(NO₃)₂ на Ca²⁺ и два иона NO₃⁻. Поэтому реакции между растворами солей часто описывают ионными уравнениями. Реакция идёт до конца, если среди продуктов появляется осадок, газ или вода как слабый электролит.

Вместо катиона металла в соли может находиться ион аммония NH₄⁺. Например, NH₄Cl называют хлоридом аммония, а (NH₄)₂SO₄, сульфатом аммония. Такие соединения тоже относятся к солям, хотя в их составе нет металла. Их часто используют в качестве азотных удобрений.

Составление формул

Формулу соли составляют так, чтобы суммарный положительный и отрицательный заряд были равны нулю. У натрия заряд +1, у сульфат-иона, −2. Следовательно, для одного SO₄²⁻ нужны два катиона Na⁺, и получается Na₂SO₄. У кальция заряд +2, у хлорида, −1, поэтому формула хлорида кальция, CaCl₂.

Если кислотный остаток повторяется, его заключают в скобки. Нитрат железа(III) имеет формулу Fe(NO₃)₃: катион Fe³⁺ требует трёх нитрат-ионов NO₃⁻. Скобки показывают, что индекс относится ко всей группе атомов. Запись FeNO₃₃ была бы неверной и не передавала бы состав вещества.

Полезно сначала записать заряды ионов, а затем подобрать наименьшие индексы. Для Al³⁺ и сульфат-иона SO₄²⁻ получится Al₂(SO₄)₃. Три сульфат-иона дают заряд −6, который уравновешивают два катиона алюминия с общим зарядом +6.

Названия и классификация

Название средней соли строят из названия кислотного остатка и названия металла в родительном падеже: Na₂CO₃, карбонат натрия; KNO₃, нитрат калия; CaSO₄, сульфат кальция. Если металл имеет переменную степень окисления, её указывают в скобках: FeCl₂, хлорид железа(II), а FeCl₃, хлорид железа(III).

Наиболее распространённые остатки стоит запоминать парами с кислотами: HCl образует хлориды, H₂SO₄, сульфаты, HNO₃, нитраты, H₂CO₃, карбонаты, H₃PO₄, фосфаты. Это позволяет по названию быстро восстановить формулу аниона и составить формулу соли.

Средние соли не содержат в составе ни замещаемого водорода кислоты, ни гидроксогруппы основания. У кислых солей часть водорода в кислоте остаётся: NaHCO₃ является гидрокарбонатом натрия, а NaHSO₄, гидросульфатом натрия. Они образуются при неполной нейтрализации многоосновной кислоты. Основные соли содержат гидроксогруппы одновременно с кислотным остатком; в школьных задачах они встречаются значительно реже.

Химические свойства

Соли вступают в реакции обмена с кислотами, основаниями и другими солями. Условием такой реакции обычно служит образование осадка, газа или воды. Например, при смешивании растворов BaCl₂ и Na₂SO₄ образуется белый осадок сульфата бария: BaCl₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2NaCl.

Карбонаты реагируют с кислотами с выделением углекислого газа. Реакция мела с соляной кислотой записывается так: CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂↑. Выделение газа служит заметным признаком реакции. Сульфиты при действии кислот выделяют диоксид серы, а сульфиды, сероводород.

Металлы, расположенные в ряду активности выше металла в составе соли, могут вытеснять его из раствора. Железо вытесняет медь из раствора сульфата меди(II): Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu. Медь при этом осаждается на поверхности железа. Натрий или калий для таких опытов не используют: они слишком активно реагируют с водой.

Способы получения

Один из главных способов получения соли, реакция кислоты с основанием. При нейтрализации образуются соль и вода: HCl + NaOH → NaCl + H₂O. Если основание нерастворимо, реакция всё равно возможна с кислотой, например Cu(OH)₂ + H₂SO₄ → CuSO₄ + 2H₂O.

Соли получают также взаимодействием кислоты с основным оксидом, металлом или солью. Оксид магния реагирует с соляной кислотой: MgO + 2HCl → MgCl₂ + H₂O. Цинк с той же кислотой даёт хлорид цинка и водород: Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑. Для металлов нужно сверяться с рядом активности и помнить, что правило относится к неокислительным кислотам.

Основной оксид может реагировать с кислотным оксидом без участия воды. Так получают карбонат кальция: CaO + CO₂ → CaCO₃. Для растворимых солей иногда используют реакцию двух растворов, если продукт выпадает в осадок. Выбор способа всегда определяется свойствами реагентов и тем, какой признак завершения реакции можно наблюдать.

Как решать задания

Сначала выделите в формуле катион и кислотный остаток. Затем определите заряды и проверьте, согласованы ли индексы. При записи уравнения установите класс каждого реагента: кислота с основанием даёт соль и воду, кислота с карбонатом, соль, воду и углекислый газ. Для реакций в растворах обязательно проверьте таблицу растворимости.

• NaCl, K₂SO₄ и CaCO₃: средние соли.
• NaHCO₃ и KH₂PO₄: кислые соли.
• Кислота + основание: соль + вода.
• Кислота + карбонат: соль + вода + CO₂↑.

Соли связывают между собой кислоты, основания и оксиды. Умение составлять их формулы по зарядам делает понятными уравнения обмена и нейтрализации. Для повторения реакций, в которых соль образуется из щёлочи, полезно обратиться к материалу об основаниях и щёлочах.