Соли в химии - общая характеристика, классификация и примеры соединений с названиями

Общие сведения

Все соли имеют сложный химический состав и в зависимости от него могут быть органическими или неорганическими. В теоретической химии существует несколько определений этой группы веществ:

• являющиеся результатом взаимодействия оснований и кислот;
• соединения, образованные одним или несколькими кислотными остатками и ионом металла;
• при электролитической диссоциации — состоящие из катионов и анионов.

Кроме металлов, к кислотным остаткам могут присоединяться ионы аммония (NH4)+, гидроксония (Н3О)+, фосфония (РН4)+ и некоторые другие. С физической точки зрения чаще всего соли — это твердые кристаллические вещества. Встречаются вещества разной окраски. Прозрачные единичные кристаллы в большом количестве имеют белый цвет, например, поваренная соль NaCl.

Их строение представляет собой кристаллическую решетку, в узлах которой находятся анионы, а катионы занимают пространство между узлами. Другое распространенное строение — анионные фрагменты из кислотных остатков, соединенные в бесконечную цепочку, в трехмерных полостях которых находятся катионы. Такую структуру имеют силикаты, что отражается и на их свойствах: высокая температура плавления и неспособность проводить электрический ток.

Кроме ионных, в молекулах солей встречаются и молекулярные ковалентные связи, и промежуточные между ковалентными и ионными. В особую группу солей выделяются так называемые ионные жидкости, температура плавления которых ниже 100 °C, отличающиеся повышенной вязкостью.

Для изучения химических и физических свойств этой группы соединений важным критерием служит их растворимость в воде: полностью, частично или нерастворимые.

Классификация и номенклатура

Основные классы этой группы веществ были описаны французским химиком и аптекарем Г. Руэлем еще в 1754 году, а по мере развития химии к ним добавились новые. Главный принцип классификации солей основан на том, что при взаимодействии металла и кислоты в ней происходит частичное или полное замещение атомов водорода.

Общие характеристики

Формулы солей всегда образуются одним или несколькими металлами, кислотными остатками и гидроксильными группами. В зависимости от этого все солевые соединения делят на такие классы:

1. Средние.
2. Кислые.
3. Основные.
4. Двойные или смешанные.
5. Комплексные.
6. Кристаллогидраты.

Средними считаются те, у которых все атомы водорода образующей кислоты заменены атомами металла. К такому типу соединений относятся и те, в которых водород замещается одновалентной группой аммония NH4. Согласно принятой номенклатуре, названия этих веществ образуются из латинского названия кислотного остатка и русского названия металла. Кислородосодержащие остатки оканчиваются на «ат», бескислородные — на «ид». Например:

• Na2CO3 — карбонат натрия.
• NaCl — хлорид натрия.
• KNO3 — нитрат калия.

Если одному химическому элементу соответствует не одна кислота, то может использоваться и окончание «ит». Это относится к таким кислотам, как серная H2SO4 (сульфаты) и сернистая H2SO3 (сульфиты).

Кислые вещества образуются только от двух- или полиосновных кислот: серной, фосфорной, угольной. Они относятся к неустойчивым соединениям и при нагревании происходит их разложение на составляющие элементы. В названии таких веществ всегда используют приставку «гидро», а если незамещенных атомов водорода осталось два — приставку «ди»:

• NaHSO4 — гидросульфат натрия.
• CaHPO4 — гидрофостфат кальция.
• KH2PO4 — дигидрофосфат калия.

Образование основных солей происходит при частичном замещении гидроксильных групп кислотными остатками, причем валентность основного остатка всегда будет равна числу замещенных гидроксильных групп. Номенклатура названий таких химических соединений образуется в зависимости от количества гидроксогрупп приставками «гидроксо» и «дигидроксо»:

• Аl (OH)SO4 — гидроксосульфит алюминия.
• Cu (OH)Cl — гидроксохлорид меди.
• Fe (OH)2NO3 — дигидроксохлорид железа.

В двойных солях атомы водорода замещаются двумя разными металлами, соответственно и образовываться могут только от двух и более основных кислот: MgK (SO4)2, NaKCO3, KAl (SO4)2.

Комплексные соединения и кристаллогидраты

Этот класс химических соединений отличается большим разнообразием. В изучении комплексных солей (КС) большую роль сыграли швейцарский ученый А. Вернер и русский химик немецкого происхождения В. Освальд. КС состоят из комплексных частиц. Центральный элемент в комплексе называется комплексообразователем, а связанные с ним элементы — лигандами. Их число — это координационное число соединения. Лигандами могут быть как нейтральные молекулы, так и разнообразные ионы и катион водорода H+.

КС так и классифицируются на нейтральные, анионные и катионные. Разными лигандами образуются такие группы химических веществ:

• амиакаты, в которых с комплексообразователем связаны молекулы аммиака — [Co (NH3)6]Cl3;
• аквакомплексы, образованные лигандами воды — [Al (H2O)6]Cl3;
• ацидокомплексы, включающие кислотные остатки — K2[PtCl4].

Кристаллы, образующиеся в водном растворе при выпадении в осадок солей, называются кристаллогидратами. При этом между молекулами воды и солевыми ионами формируются прочные связи, образующие кристаллическую решетку. Химические формулы кристаллогидратов записывают в виде количественного соотношения соли и воды, разделенных точкой — Na2SO4⋅10H2O. В номенклатуре для обозначения количества воды употребляются греческие числа — ди, три, тетра, гекса и так далее, с которых и начинается название. Число выступает приставкой к слову «гидро», а затем следует стандартное название соли: CaSO4⋅2H2O — дигидрат сульфата кальция.

Исторические наименования

Названия химических веществ соответствуют международной системе правил, позволяющей давать им названия, по которым можно правильно составить их формулу. Многие соединения солевой группы давно и хорошо известны, и в процессе их использования химики много лет назад уже как-то называли их. Традиционные или тривиальные названия полезно знать любому человеку. Их список приведен в таблице:

Это далеко не полный перечь общеизвестных наименований. Какой-либо системе они не подчиняются, и тем, кто изучает химию, их надо просто запомнить.

Химические свойства

Соли как химические соединения проявляют разные свойства в зависимости от их структурного состава. В водных растворах могут диссоциировать на анион металла и катион кислотного остатка. Степень диссоциации зависит от того, какую способность растворяться имеют разные виды солей: растворимые диссоциируют полностью, нерастворимые — частично или не диссоциируют. Ход такой реакции зависит от вида соли: средние, двойные и комплексные распадаются на ионы одномоментно, а кислые и основные — ступенчато. Примеры:

• Хлорид натрия: NaCl ↔ (Na+) + (Cl-).
• Сульфат калия-натрия: КNaSO4 ↔ (К+) + (Na+) + (SO42-).
• Хлорид-бромид кальция: CaClBr ↔ (Ca2+) + (Cl -)+ (Br-).
• Гидросульфат калия: КHSO4 ↔ (К+) + (НSO4-), а затем (HSO4-) ↔ (H+) + (SO42-).
• Гидроксохлорид железа: FeOHCl ↔ (FeOH+) + (Cl-), а затем (FeOH+) ↔ (Fe2+) + (OH-).

Некоторые соли под действием температуры могут разлагаться. Например, при нагревании из карбоната кальция СаСO3 получается оксид кальция СаO и кислотный оксид СО2­. Солевые вещества, образованные от бескислородных кислот, разлагаются на простые элементы: хлорид серебра AgCl распадается на серебро Ag с выделением хлора Cl­. Если солеобразующим соединением выступает кислота с сильными окислительными свойствами, то разложения до простых элементов не происходит: 2КNO3 → 2КNO2 + O2­.

Взаимодействие с оксидами и кислотами

Соли реагируют путем сплавления с кислотными или амфотерными оксидами. При этом образуется новое солевое соединение, а оксиды замещаются менее летучими. С основными оксидами такая реакция не происходит. Например, карбонат калия K2CO3 сплавляется с оксидом кремния (IV) SiO2 с образованием силиката калия KSiO3 и выделением углекислого газа CO2: K2CO3 + SiO2 → KSiO3 + CO2↑. K2CO3 может взаимодействовать и с оксидом алюминия, при этом получается алюминат калия KAlO2 и углекислый газ CO2: K2CO3 + Al2O3 → 2KAlO2 + CO2↑.

Взаимодействие с кислотами может происходить только в том случае, если в реакцию вступает кислота и соль, образованная более слабой кислотой. Показателем возможного совместного реагирования солей с кислотами могут быть предполагаемые:

• осадок;
• вода;
• газообразное вещество;
• слабый электролит.

Например, нерастворимое соединение угольной кислоты карбонат магния MgCO3 вступает в реакцию с сильной серной кислотой: MgCO3 + H2SO4 → MgSO4 + 2H2O + CO2. Растворимый силикат калия как производное кремниевой кислоты может взаимодействовать с соляной кислотой, потому что в ходе реакции ожидается получение нерастворимой кремниевой кислоты: K2SiO3 + 2HCl → H2SiO3↓ + 2KCl.

Реакции с основаниями и другими солями

Со щелочами взаимодействуют в основном только соли аммония и тяжелых металлов, если при этом они относятся к растворимым. В результате получают новое солевое вещество и новое основание. Например, в реакцию с гидроксидом калия KOH вступает сульфат меди (II) CuSO4, в результате чего образуется сульфат калия K2SO4, а гидроксид меди Cu (OH) выпадает в осадок: 2KOH + CuSO4 → K2SO4 + Cu (OH)2.

Взаимодействие хлорида аммония с гидроксидом натрия описывается таким уравнением (NH4)2SO4 + 2KOH → 2H2O + K2SO4 + 2NH3↑. Если воздействовать основанием на кислую соль, то в результате получится средняя соль и вода. Например, гидрокарбонат натрия NaHCO3 взаимодействует с гидроксидом натрия NaOH: NaHCO3 + NaOH → Na3CO3 + H2O.

Реакции между солями возможны только в случае хорошей растворимости обоих веществ, при этом образуются две новые соли. С нерастворимым соединением взаимодействие не случается. Некоторые вещества, относящиеся к кислым, реагируют со слабокислыми солями и со своими средними соединениями.

Получение и применение

Многие соединения солей всех видов встречаются в виде залежей минеральных пород и рассолов. Например: известняк, разные виды селитры, поваренная и калийная соли, сильвин, карналлит, натрон, мирабилит и многие другие. Условно все способы получения солевых веществ разделяют на физическую переработку сырья (выпаривание, кристаллизация, флотация и тому подобное) и извлечение их из полупродуктов, отходов других производств и минералов химическими способами, основанными на свойствах солей.

Больше всего химическая промышленность выпускает солей для сельского хозяйства, причем они используются как в качестве удобрений для хорошего роста растений и повышения урожайности, так и для их защиты от сорняков и вредителей. Минеральные соли используют и как сырье для производства самых разнообразных химических веществ, применяемых в таких отраслях:

• производство целлюлозы и бумаги;
• лакокрасочная промышленность;
• моющие средства;
• стекловарение;
• обработка кожи.

В качестве присадок и плавней соли применяются в металлургии для обогащения руд и при выплавке металлов. Производство цемента, одного из самых важных для строительной промышленности компонента, невозможно без известняка. Соли хрома используются при изготовлении огнеупорных материалов. Весь спектр разновидностей солей применяется и в фармацевтической промышленности.