Обычно елочные украшения изготовляют из стекла, пластмассы и очень тонких листов металлов. Как вы думаете, из чего сделаны елочные украшения, изображенные на фотографии?
Понятие, состав и названия солей
Со сложными веществами, относящимися к классу солей, вы уже познакомились в предыдущих главах – например, с поваренной солью NaCl. К солям относятся также стиральная сода (Na2CO3 – В действительности формула стиральной соды Na2CO3 · 10Н2О.) и продукты взаимодействия кислот с металлами (см. главу VI, параграф 1.5). При сравнении формул солей вы увидите, что их составные части вам уже известны.
Соли – это сложные вещества, состоящие из ионов металлов и ионов кислотных остатков.
Соли образуются из соответствующих кислот, например, из хлористоводородной, азотной, серной и др. Чтобы правильно составить формулу соли, нужно знать соответствующую ей кислоту. Это необходимо по двум причинам:
1) по формуле кислоты определяется заряд кислотного остатка;
2) по названию кислоты составляется название соли.
Все соли одной и той же кислоты имеют общее название, например:
HCl – хлориды | NaCl – хлорид натрия |
HNO3 – нитраты | NaNO3 – нитрат натрия |
H2SO3 – сульфиты | Na2SO3 – сульфит натрия |
H2SO4 – сульфаты | Na2SO4 – сульфат натрия |
H2CO3 – карбонаты | Na2CO3 – карбонат натрия |
H3PO4 – фосфаты | Na3PO4 – фосфат натрия |
H4SiO4 – силикаты | Na4SiO4 – силикат натрия |
H2S – сульфиды | Na2S – сульфид натрия |
Если металл в составе соли может иметь разные степени окисления, в названии указываются также с. о. металлов, численно равные зарядам их ионов:
Составление формул солей
Для составления формул солей нужно знать:
1. Символы металлов и формулы кислотных остатков.
2. Заряды ионов металлов и кислотных остатков.
3. Принципы составления химических формул.
Рассмотрим подробно порядок составления формул солей.
1. Напишем символ металла и формулу кислотного остатка. В формуле соли на первом месте всегда ставится символ металла.
2. Обозначим заряды иона металла и кислотного остатка сверху справа от соответствующих символов.
3. По «правилу креста» сделаем заряд иона металла индек-сом кислотного остатка, а заряд кислотного остатка – индексом металла. Знаки зарядов не учитываются и индекс «1» не обозначается.
Na+ Cl– Ca2+ Cl2– Na2+ SO42–
4. Если проверка покажет, что сумма положительных и отрицательных зарядов равна нулю, значит, формула со-ставлена правильно.
5. Если число кислотного остатка, состоящего из несколь-ких элементов, в формуле больше 1, заключаем его в скобки.
Ca2+(NO3–)2
Если вы хорошо усвоили все правила составления формул солей, то все эти действия сможете выполнить автоматически.
Al23+(SO42–)3
Свойства солей
Соли – это твердые вещества, имеющие различный цвет и обладающие разной раство-римостью в воде. Хорошо растворимы в воде нитраты и хлориды, хуже растворяются фосфаты и карбонаты (см. приложение 4).
Соли взаимодействуют с другими неорганическими веществами. Подобно кислотам, они реагируют с металлами. Более активные металлы (расположенные в электрохимическом ряду напряжений слева от водорода) замещают в составе солей менее активные металлы (расположенные справа от водорода), но не наоборот.
Металл + соль → новая соль + менее активный металл
В электрохимическом ряду напряжений металлов железо находится левее меди, значит, оно активнее меди и способно вытеснить ее из раствора соли:
При взаимодействии солей со щелочами образуются нерастворимые в воде гидроксиды, которые выпадают в осадок:
2NaOH + CuSO4 → Cu(OH)2↓ + Na2SO4
рН водных растворов солей (характеристика среды)
В зависимости от состава, растворы солей, могут быть кислыми, щелочными или нейтральными и поэтому окрашивают универсальный индикатор в разные цвета. Характеристика среды зависит от того, где находится солеобразующий металл в электрохимическом ряду напряжений металлов и какую силу имеет кислота, к которой относится кислотный остаток.
Растворы солей активных металлов и слабых кислот создают щелочную среду. Примером является раствор карбоната натрия, так как натрий – очень активный металл, а угольная кислота, чьим кислотным остатком является карбонат, – слабая. Соответствующее изменение цвета универсального индикатора подтверждается показанием рН-метра (рН > 7).
Если металл в составе соли активен, а соответствующая кислотному остатку кислота сильная, то среда, создаваемая водным раствором этой соли, нейтральная. Такой солью является, например, хлорид натрия. Если же соль образует металл средней или малой активности, а кислотному остатку соответствует сильная кислота, то среда раствора будет кислой, например, раствор хлорида цинка. В табл. 9 охарактеризованы среды растворов некоторых солей.
Таблица 9. рН растворов некоторых солей
Тот факт, что растворы различных солей имеют разные среды, имеет большое практическое значение. Одним из самых старых и доступных средств защиты растений является сульфат меди(II). Поскольку раствор этой соли создает кислую среду, для нейтрализации добавляется гашеная известь Ca(OH)2. Это средство продается в магазинах под названием «бордосская смесь». Раствор пищевой соды, имеющий щелочную среду, используется как средство нейтрализации при оказании первой помощи в случае попадания кислоты на кожу и при повышенной кислотности желудка.
Получение солей
Существует много способов получения солей. В общем случае соли можно получить по реакциям между веществами, относящимися к классам с противоположными свойствами, по следующей схеме.
При составлении реакций получения солей можно пользоваться соответствующими схемами, например:
Соли можно получить также при взаимодействии металлов с кислотами и солями.
Представители солей
Хлорид натрия (NaCl), или поваренная соль, – незаменимое вещество на нашем столе. Неизвестно, когда человечество начало употреблять соль в пищу. Но поваренная соль нужна не только для вкуса, но и для нашей нормальной жизнедеятельности. В человеческом организме находится примерно 400 г поваренной соли. Одна ее часть входит в состав крови, другая рас-ходуется на образование желудочного сока. Взрослый человек потребляет в год около 7 кг поваренной соли.
Хлорид натрия является также важным сырьем химической промышленности. Он используется для получения натрия, хлора, гидроксида натрия, соды, хлористоводородной кислоты и других веществ. Огромные количества поваренной соли используются в пищевой промышленности. Самый дешевый способ сохранения пищевых продуктов – это их засолка. Поскольку поваренная соль обладает очень слабым бактерицидным действием, засоленные продукты должны содержать 10–15% хлорида натрия.
Хлорид натрия относится к тем веществам, которые находятся в природе, поэтому нет необходимости его синтезировать. Морская вода содержит в среднем 2–4% различных солей, из которых 75% составляет хлорид натрия. Выделение хлорида натрия из морской воды или из воды соленых озер не требует больших энергетических затрат. В южных странах вода выпаривается под действием солнечной энергии, и при этом образуются залежи соли.
Хлорид натрия – это белое кристаллическое вещество. На фотографии хорошо видны кубические кристаллы поваренной соли. При температуре 800 °С хлорид натрия плавится, образуя бесцветную жидкость. Хлорид натрия хорошо растворяется в воде, и при повышении температуры его растворимость существенно не увеличивается.
Карбонат кальция (СаСО3) для жителей Эстонии также является таким же привычным веществом, как и поваренная соль, так как в природе он существует в виде плитняка, известняка, мрамора и мела. Известняком богато северное побережье Эстонии, а на Сааремаа карбонат кальция находится как в чистом виде, так и с карбонатом магния. Двойная соль CaCO3 · MgCO3 известна как доломит. Мел присутствует в озерной воде.
Плитняк, мрамор и доломит являются ценными строительными материалами. Кроме того, карбонат кальция является единственным сырьем для промышленного получения извести, которая широко применяется в промышленности строительных материалов.
Карбонат кальция практически нерастворим в воде, но под влиянием углекислого газа и воды он становится растворимым веществом. В слоях известняка возникают трещины, дыры и пещеры, известные как карстовые явления. Живописные карстовые пещеры с причудливыми образованиями из известняка есть в Северной Эстонии.
