Interested Article - Соли

Со́ли — сложные вещества , состоящие из катионов металлов и анионов кислотных остатков. ИЮПАК определяет соли как химические соединения , состоящие из катионов и анионов . Есть ещё одно определение: солями называют вещества, которые могут быть получены при взаимодействии кислот и оснований с выделением воды .

Кроме катионов металлов, в солях могут находиться катионы аммония NH ₄ ⁺ , фосфония PH ₄ ⁺ и их органические производные, а также комплексные катионы и т. д. Анионами в солях выступают анионы кислотного остатка различных кислот Брёнстеда — как неорганических , так и органических , включая карбанионы и комплексные анионы .

М. В. Ломоносов в своих Трудах по химии и физике так описывал понятие «соль» :

Названием солей обозначают хрупкие тела, которые растворяются в воде, причем она остается прозрачной; они не загораются, если в чистом виде подвергаются действию огня. Их виды: купорос и все другие металлические соли, квасцы, бура, винный камень, существенные соли растений, соль винного камня и поташ, летучая мочевая соль, селитра, обыкновенная соль родниковая, морская и каменная, нашатырь, английская соль и другие соли, полученные в результате химических работ.

Типы солей

Если рассматривать соли как продукты замены катионов в кислотах или гидроксогрупп в основаниях , то можно выделить следующие типы солей :

Средние (нормальные) соли — продукты замещения всех катионов водорода в молекулах кислоты на катионы металла ( Na ₂ CO ₃ , K ₃ PO ₄ ).
Кислые соли — продукты частичного замещения катионов водорода в кислотах на катионы металла ( NaHCO ₃ , K ₂ HPO ₄ ). Они образуются при нейтрализации основания избытком кислоты (то есть в условиях недостатка основания или избытка кислоты).
Осно́вные соли — продукты неполного замещения гидроксогрупп основания (OH ^- ) кислотными остатками ( (CuOH) ₂ CO ₃ ). Они образуются в условиях избытка основания или недостатка кислоты.
Комплексные соли — это сложные вещества, в состав которых входят комплексный катион и анион, либо катион и комплексный анион ( Na ₂ [Zn(OH) ₄ ] ).

По числу присутствующих в структуре катионов и анионов выделяют следующие типы солей :

Простые соли — соли, состоящие из одного вида катионов и одного вида анионов ( NaCl )
Двойные соли — соли, содержащие два различных катиона ( KAl(SO ₄ ) ₂ ·12 H ₂ O ).
Смешанные соли — соли, в составе которых присутствует два различных аниона ( Ca(OCl)Cl ).

Также различают гидратные соли ( кристаллогидраты ), в состав которых входят молекулы кристаллизационной воды , например, Na ₂ SO ₄ ·10 H ₂ O , и комплексные соли , содержащие комплексный катион или комплексный анион ( K ₄ [Fe(CN) ₆ ] ). Внутренние соли образованы биполярными ионами , то есть молекулами, содержащими как положительно заряженный, так и отрицательно заряженный атом .

Номенклатура солей

Номенклатура солей кислородсодержащих кислот

Названия солей, как правило, связаны с названиями соответствующих кислот . Поскольку многие кислоты в русском языке носят тривиальные, или традиционные, названия, подобные названия ( нитраты , фосфаты , карбонаты и др.) также сохраняются и для солей .

Традиционные названия солей состоят из названий анионов в именительном падеже и названий катионов в родительном падеже . Названия анионов строятся на основе русских или латинских названий кислотообразующих элементов. Если кислотообразующий элемент может иметь одну степень окисления, то к его названию добавляют суффикс - ат :

CO ₃ ^2- — карбонат ,

GeO ₃ ^2- — германат.

Если кислотообразующий элемент может принимать две степени окисления, то для аниона, образованного этим элементом в более высокой степени окисления, применяют суффикс - ат , а для аниона с элементом в меньшей степени окисления — суффикс - ит :

SO ₄ ^2- — сульфат ,

SO ₃ ^2- — сульфит .

Если элемент может принимать три степени окисления, то для высшей, средней и низшей степени окисления используют соответственно суффиксы - ат , - ит и суффикс - ит с приставкой гипо -:

NO ₃ ^- — нитрат ,

NO ₂ ^- — нитрит ,

N ₂ O ₂ ^2- — гипонитрит.

Наконец, в случае элементов, принимающих четыре степени окисления, для высшей степени окисления применяют приставку пер - и суффикс - ат , далее (в порядке понижения степени окисления) суффикс - ат , суффикс - ит и суффикс - ит с приставкой гипо -:

ClO ₄ ^- — перхлорат ,

ClO ₃ ^- — хлорат ,

ClO ₂ ^- — хлорит ,

ClO ^- — гипохлорит .

Приставки мета -, орто -, поли -, ди -, три -, пероксо - и т. п., традиционно присутствующие в названиях кислот, сохраняются также и в названиях анионов .

Названия катионов соответствуют названиям элементов, от которых они образованы: при необходимости указывается число атомов в катионе (катион диртути(2+) Hg ₂ ²⁺ , катион тетрамышьяка(2+) As ₄ ²⁺ ) и степень окисления атома, если она переменная .

Названия кислых солей образуются путём добавления приставки гидро - к названию аниона. Если на один анион приходится больше одного атома водорода, то его количество указывают при помощи умножающей приставки ( NaHCO ₃ — гидрокарбонат натрия, NaH ₂ PO ₄ — дигидрофосфат натрия). Аналогично, для образования названий основных солей используются приставки гидроксо - ((FeOH)NO ₃ — гидроксонитрат железа(II)) .

Кристаллогидратам дают названия, добавляя слово гидрат к традиционному или систематическому названию соли ( Pb(BrO ₃ ) ₂ ·H ₂ O — гидрат бромата свинца(II), Na ₂ CO ₃ ·10H ₂ O — декагидрат карбоната натрия). Если известна структура кристаллогидрата, то может применяться номенклатура комплексных соединений ([Be(H ₂ O) ₄ ]SO ₄ — сульфат тетрааквабериллия(II)) .

Для некоторых классов солей существуют групповые названия, например, квасцы — для двойных сульфатов общего вида M ^I M ^III (SO ₄ ) ₂ ·12H ₂ O, где M ^I — катионы натрия , калия , рубидия , цезия , таллия или аммония , а M ^III — катионы алюминия , галлия , индия , таллия , титана , ванадия , хрома , марганца , железа , кобальта , родия или иридия .

Для более сложных или редких солей применяются систематические названия, образующиеся по правилам номенклатуры комплексных соединений . Согласно данной номенклатуре, соль подразделяется на внешнюю и внутреннюю сферы (катион и анион): последняя состоит из центрального атома и лигандов — атомов, связанных с центральным атомом. Название соли формируют следующим образом. Вначале записывают название внутренней сферы (аниона) в именительном падеже, состоящее из названий лигандов (приставок) и центрального элемента (корня) с суффиксом - ат и указанием его степени окисления . Затем к названию добавляют названия атомов внешней сферы (катионов) в родительном падеже .

LiBO ₂ — диоксоборат(III) лития

Na ₂ Cr ₂ O ₇ — гептаоксодихромат(VI) натрия

NaHSO ₄ — тетраоксосульфат(VI) водорода-натрия

Номенклатура солей бескислородных кислот

Для образования названий солей бескислородных кислот пользуются общими правилами составления названий бинарных соединений : применяются либо универсальные номенклатурные правила с указанием числовых приставок, либо способ Штока с указанием степени окисления, причём второй способ является предпочтительным.

Названия галогенидов составляются из названия галогена с суффиксом - ид и катиона ( NaBr — бромид натрия, SF ₆ — фторид серы(VI), или гексафторид серы, Nb ₆ I ₁₁ — ундекаиодид гексаниобия). Кроме того, существует класс псевдогалогенидов — солей, которые содержат анионы с галогенидоподобными свойствами. Их названия образуются подобным образом ( Fe(CN) ₂ — цианид железа(II), AgNCS — тиоцианат серебра(I)) .

Халькогениды , содержащие в качестве аниона серу , селен и теллур , называют сульфидами, селенидами и теллуридами. Сероводород и селеноводород могут образовывать кислые соли , которые называют гидросульфидами и гидроселенидами соответственно ( ZnS — сульфид цинка, SiS ₂ — дисульфид кремния, NaHS — гидросульфид натрия). Двойные сульфиды называют, указывая два катиона через дефис: (FeCu)S ₂ — дисульфид железа-меди .

Физические свойства и строение солей

Зависимость растворимости некоторых солей от температуры

Как правило, соли представляют собой кристаллические вещества с ионной кристаллической решёткой . Например, кристаллы галогенидов щелочных и щёлочноземельных металлов ( NaCl , CsCl , CaF ₂ ) построены из анионов, расположенных по принципу плотнейшей шаровой упаковки , и катионов, занимающих пустоты в этой упаковке. Ионные кристаллы солей могут быть построены также из кислотных остатков, объединённых в бесконечные анионные фрагменты и трёхмерные каркасы с катионами в полостях ( силикаты ). Подобное строение соответствующим образом отражается на их физических свойствах: они имеют высокие температуры плавления , в твёрдом состоянии являются диэлектриками .

Известны также соли молекулярного (ковалентного) строения (например, хлорид алюминия AlCl ₃ ). У многих солей характер химических связей является промежуточным между ионным и ковалентным .

Особый интерес представляют ионные жидкости — соли с температурой плавления ниже 100 °С. Кроме аномальной температуры плавления ионные жидкости имеют практически нулевое давление насыщенного пара и высокую вязкость . Особые свойства этих солей объясняются низкой симметрией катиона, слабым взаимодействием между ионами и хорошим распределением заряда катиона .

Важным свойством солей является их растворимость в воде. По данному критерию выделяют растворимые, мало растворимые и нерастворимые соли.

Нахождение в природе

Многие минералы — соли, образующие залежи (например, галит ${\mathsf {NaCl}}$ , сильвин ${\mathsf {KCl}}$ , флюорит ${\mathsf {CaF_{2}}}$ ).

Методы получения

Существуют различные методы получения солей:

Взаимодействие кислот с металлами , основными и амфотерными оксидами / гидроксидами :

${\mathsf {H_{2}SO_{4}+Mg\longrightarrow MgSO_{4}+H_{2}\uparrow }}$

${\mathsf {H_{2}SO_{4}+MgO\longrightarrow MgSO_{4}+H_{2}O}}$

${\mathsf {3H_{2}SO_{4}+Al_{2}O_{3}\longrightarrow Al_{2}(SO_{4})_{3}+3\ H_{2}O}}$

Взаимодействие кислотных оксидов c щелочами , основными и амфотерными оксидами / гидроксидами:

${\mathsf {Ca(OH)_{2}+CO_{2}\longrightarrow CaCO_{3}\downarrow +H_{2}O}}$

${\mathsf {CaO+SiO_{2}\longrightarrow CaSiO_{3}}}$

${\mathsf {Al_{2}O_{3}+3\ SO_{3}\longrightarrow Al_{2}(SO_{4})_{3}}}$

${\mathsf {Mg(OH)_{2}+CO_{2}\longrightarrow MgCO_{3}\downarrow +H_{2}O}}$

${\mathsf {Zn(OH)_{2}+SO_{3}\longrightarrow ZnSO_{4}+H_{2}O}}$

Взаимодействие солей c кислотами , другими солями ( если образуется выходящий из сферы реакции продукт ):

${\mathsf {CaCO_{3}+2HCl\longrightarrow CaCl_{2}+H_{2}O+CO_{2}\uparrow }}$

${\mathsf {CuCl_{2}+Na_{2}S\longrightarrow 2NaCl+CuS\downarrow }}$

${\mathsf {2Na_{2}CO_{3}+2MgCl_{2}+H_{2}O\longrightarrow [Mg(OH)]_{2}CO_{3}+CO_{2}\uparrow +4NaCl}}$

Взаимодействие простых веществ:

${\mathsf {Fe+S\longrightarrow FeS}}$

Взаимодействие оснований с неметаллами , например, с галогенами :

${\mathsf {Ca(OH)_{2}+Cl_{2}\longrightarrow Ca(OCl)Cl+H_{2}O}}$

Кристаллогидраты обычно получают при кристаллизации соли из водных растворов, однако известны также кристаллосольваты солей, выпадающие из неводных растворителей (например, CaBr ₂ ·3C ₂ H ₅ OH) . Названия сольватов образуются перечислением компонентов с дальнейшим указанием количественного соотношения в скобках, например, CaBr ₂ ·3C ₂ H ₅ OH будет называться бромид кальция — этанол (1/3).

Химические свойства

Химические свойства определяются свойствами катионов и анионов , входящих в их состав.

Соли взаимодействуют с кислотами и основаниями , если в результате реакции получается продукт, который выходит из сферы реакции (осадок, газ, малодиссоциирующие вещества, например, вода ):

${\mathsf {BaCl_{2}+H_{2}SO_{4}\longrightarrow BaSO_{4}\downarrow +2HCl}}$

${\mathsf {NaHCO_{3}+HCl\longrightarrow NaCl+H_{2}O+CO_{2}\uparrow }}$

${\mathsf {Na_{2}SiO_{3}+2HCl\longrightarrow 2NaCl+H_{2}SiO_{3}\downarrow }}$

Соли взаимодействуют с металлами , если свободный металл находится левее металла в составе соли в электрохимическом ряду активности металлов :

${\mathsf {Cu+HgCl_{2}\longrightarrow CuCl_{2}+Hg}}$

Соли взаимодействуют между собой, если продукт реакции выходит из сферы реакции (образуется газ, осадок или вода); в том числе эти реакции могут проходить с изменением степеней окисления атомов реагентов:

${\mathsf {CaCl_{2}+Na_{2}CO_{3}\longrightarrow CaCO_{3}\downarrow +2NaCl}}$

${\mathsf {AgNO_{3}+NaCl\longrightarrow AgCl\downarrow +NaNO_{3}}}$

${\mathsf {K_{2}Cr_{2}O_{7}+3Na_{2}SO_{3}+4H_{2}SO_{4}\longrightarrow Cr_{2}(SO_{4})_{3}+3Na_{2}SO_{4}+K_{2}SO_{4}+4H_{2}O}}$

Многие соли разлагаются при нагревании:

${\mathsf {CuCO_{3}\longrightarrow CuO+CO_{2}\uparrow }}$

${\mathsf {Ca(NO_{3})_{2}\longrightarrow Ca(NO_{2})_{2}+O_{2}\uparrow }}$

${\mathsf {NH_{4}NO_{3}\longrightarrow N_{2}O\uparrow +2H_{2}O}}$

${\mathsf {NH_{4}NO_{2}\longrightarrow N_{2}\uparrow +2H_{2}O}}$

Диссоциация в водных растворах

При растворении в воде соли полностью или частично диссоциируют на ионы . Если диссоциация происходит нацело, то соли являются сильными электролитами , иначе — слабыми . Примером типичных сильных электролитов могут служить соли щелочных металлов, которые в растворе существуют в виде сольватированных ионов . Несмотря на то, что широко распространена теория, утверждающая, что соли в водном растворе диссоциируют полностью, в реальности для большинства солей наблюдается частичная диссоциация, например, 0,1 M раствор FeCl ₃ содержит лишь 10 % катионов Fe ³⁺ , а также 42 % катионов FeCl ²⁺ , 40 % катионов FeCl ₂ ⁺ , 6 % катионов FeOH ²⁺ и 2 % катионов Fe(OH) ₂ ⁺ .

Гидролиз солей

Некоторые соли в водном растворе способны подвергаться гидролизу . Данная реакция протекает обратимо для солей слабых кислот ( Na ₂ CO ₃ ) или слабых оснований ( CuCl ₂ ), и необратимо — для солей слабых кислот и слабых оснований ( Al ₂ S ₃ ).

Влияние на организм человека

Название солей	Продукты содержания	Влияние на человеческий организм	Заболевания при нехватке солей
Соли кальция	Молоко , рыба , овощи	Повышение роста и прочности костей	Плохой рост скелета , разрушение зубов и.т.д.
Соли железа	Печень говяжья, мясо говяжье	Входят в состав гемоглобина	Анемия
Соли магния	Горох , курага	Улучшение работы кишечника	Ухудшение работы пищеварительной системы

Применение солей

Соли повсеместно используются как в производстве, так и в повседневной жизни.

Соли соляной кислоты . Из хлоридов больше всего используют хлорид натрия и хлорид калия .
Хлорид натрия (поваренную соль) выделяют из озерной и морской воды, а также добывают в соляных шахтах. Поваренную соль используют в пищу. В промышленности хлорид натрия служит сырьём для получения хлора , гидроксида натрия и соды .
Хлорид калия используют в сельском хозяйстве как калийное удобрение.
Соли серной кислоты . В строительстве и в медицине широко используют полуводный гипс , получаемый при обжиге горной породы (дигидрат сульфата кальция). Будучи смешан с водой, он быстро застывает, образуя дигидрат сульфата кальция , то есть гипс.
Декагидрат сульфата натрия используют в качестве сырья для получения соды.
Соли азотной кислоты . Нитраты больше всего используют в качестве удобрений в сельском хозяйстве. Важнейшим из них является нитрат натрия , нитрат калия , нитрат кальция и нитрат аммония . Обычно эти соли называют селитрами .
Из ортофосфатов важнейшим является ортофосфат кальция . Эта соль служит основной составной частью минералов — фосфоритов и апатитов. Фосфориты и апатиты используются в качестве сырья в производстве фосфорных удобрений , например, суперфосфата и преципитата .
Соли угольной кислоты . Карбонат кальция используют в качестве сырья для получения извести.
Карбонат натрия (соду) применяют в производстве стекла и при варке мыла.
Карбонат кальция в природе встречается и в виде известняка , мела и мрамора .

Галерея изображения солей

См. также

Примечания

. Дата обращения: 21 мая 2013. 23 мая 2013 года.
↑ .
↑ , с. 376.
М. В. Ломоносов. . Историко-Мемориальный музей Ломоносова. Дата обращения: 24 октября 2013. 29 октября 2013 года.
М. В. Ломоносов. . Фундаментальная электронная библиотека. — Параграф 111. Дата обращения: 24 октября 2013. 29 октября 2013 года.
, с. 376—377.
↑ , с. 377.
↑ , с. 46.
↑ , с. 48.
, с. 47—48.
, с. 13—14.
, с. 50—51.
, с. 53.
, с. 54.
, с. 65.
, с. 28—30.
, с. 32—33.
Химическая энциклопедия / Под ред. И. Л. Кнунянца. — М. : Большая российская энциклопедия, 1990. — Т. 2. — ISBN 5-85270-035-5 .
Wasserscheid P., Keim W. Ionic Liquids—New “Solutions” for Transition Metal Catalysis (англ.) // Angew. Chem. Int. Ed. — 2000. — Vol. 39 , no. 21 . — P. 3772—3789 . — doi : . — .
Hawkes S. J. Salts are Mostly NOT Ionized (англ.) // J. Chem. Educ. — 1996. — Vol. 75 , no. 5 . — P. 421—423 . — doi : .

Литература

Гиричев Г. В. // Соросовский образовательный журнал . — 1999. — № 11 . — С. 40—44 .
Лидин Р. А., Молочко В. А., Андреева Л. Л., Цветков А. А. Основы номенклатуры неорганических веществ / Под ред. Б. Д. Стёпина. — М. : Химия, 1983. — 112 с.
Химическая энциклопедия / Под ред. Н. С. Зефирова. — М. : Большая российская энциклопедия, 1995. — Т. 4. — ISBN 5-85270-092-4 .