Каждый день мы сталкиваемся с солями и даже не задумываемся, какую роль они играют в нашей жизни. А ведь без них и вода была бы не такой вкусной, и пища не приносила бы удовольствия, и растения не росли, да и жизнь на земле не могла бы существовать, не будь в нашем мире соли. Так что же это за вещества и какие свойства солей делают их незаменимыми?

Что такое соли

По своему составу это самый многочисленный класс, отличающийся разнообразием. Еще в 19 веке химик Й. Верцелиус дал определение соли — это продукт реакции между кислотой и основанием, при которой водородный атом заменяется металлическим. В воде обычно соли диссоциируют на металл или аммоний (катион) и кислотный остаток (анион).

Получить соли можно следующими способами:

• путем взаимодействия металла и неметалла, в этом случае она будет бескислородная;
• при взаимодействии металла с кислотой получается соль и выделяется водород;
• металл может вытеснять другой металл из раствора;
• при взаимодействии двух оксидов — кислотного и основного (еще их называют оксидом неметалла и оксидом металла соответственно);
• при реакции оксида металла и кислоты получаются соль и вода;
• реакция между основанием и оксидом неметалла также дает соль и воду;
• с помощью реакции ионного обмена, при этом могут реагировать разные растворимые в воде вещества (основания, кислоты, соли), но протекать реакция будет, если образуется газ, вода или соли слаборастворимые (нерастворимые) в воде.

Только от химического состава свойства солей и зависят. Но для начала разберемся в их классах.

Классификация

В зависимости от состава выделяют следующие классы солей:

• по содержанию кислорода (кислородсодержащие и бескислородные);
• по взаимодействию с водой (растворимые, малорастворимые и нерастворимые).

Такая классификация отражает все многообразие веществ не полностью. Современная и наиболее полная классификация, отражающая не только состав, но и свойства солей, представлена в следующей таблице.

Физические свойства

Как бы ни был широк класс этих веществ, но общие физические свойства солей выделить возможно. Это вещества немолекулярного строения, с ионной кристаллической решеткой.

Очень высокие точки плавления и кипения. При нормальных условиях все соли не проводят электричество, но в растворе большинство из них прекрасно проводит ток.

Цвет может быть самым разным, он зависит от иона металла, входящего в ее состав. Сульфат железа (FeSO 4) — зеленый, хлорид железа (FeCl 3) — темно-красный, а хромат калия (K 2 CrO 4) красивого ярко-желтого цвета. Но большинство солей все-таки бесцветные или белые.

Растворимость в воде также бывает различной и зависит от состава ионов. В принципе, все физические свойства солей имеют особенность. Они зависят от того, ион какого металла и какой кислотный остаток включены в состав. Продолжим рассматривать соли.

Химические свойства солей

Здесь тоже есть важная особенность. Как и физические, химические свойства солей зависят от их состава. А также от того, к какому классу они относятся.

Но общие свойства солей можно все-таки выделить:

• многие из них разлагаются при нагревании с образованием двух оксидов: кислотного и основного, а бескислородные — металла и неметалла;
• взаимодействуют соли и с другими кислотами, но реакция идет, только если в составе соли кислотный остаток слабой или летучей кислоты или в результате получается нерастворимая соль;
• взаимодействие со щелочью возможно, если катион образует нерастворимое основание;
• возможна реакция и между двумя разными солями, но только если одна из вновь образовавшихся солей не растворяется в воде;
• может происходить и реакция с металлом, но она возможна, только если брать металл, расположенный правее в ряду напряжения от металла, содержащегося в соли.

Химические свойства солей, относящихся к нормальным, рассмотрены выше, другие же классы реагируют с веществами несколько иначе. Но отличие идет только по продуктам на выходе. В основном все химические свойства солей сохраняются, как и требования к протеканию реакций.

Известно большое число реакций, приводящих к образованию солей. Приведем наиболее важные из них.

1. Взаимодействие кислот с основаниями (реакция нейтрализации):

N аОН + Н NO 3 = N а NO 3 + Н 2 О

Al (OH ) 3 + 3НС1 = AlCl 3 + 3Н 2 О

2. Взаимодействие металлов с кислотами:

F е + 2 HCl = FeCl 2 + Н 2 

Zn + Н 2 S О 4 разб. = ZnSO 4 + Н 2 

3. Взаимодействие кислот с основными и амфотерными оксидами:

С uO + Н 2 SO 4 = С uSO 4 + Н 2 О

ZnO + 2 HCl = Zn С l 2 + Н 2 О

4. Взаимодействие кислот с солями:

FeCl 2 + H 2 S = FeS  + 2 HCl

AgNO 3 + HCI = AgCl  + HNO 3

Ba(NO 3 ) 2 + H 2 SO 4 = BaSO 4  + 2HNO 3

5. Взаимодействие растворов двух различных солей:

BaCl 2 + Na 2 SO 4 = Ва SO 4  + 2N аС l

Pb(NO 3 ) 2 + 2NaCl = Р b С 1 2  + 2NaNO 3

6. Взаимодействие оснований с кислотными оксидами (щелочей с амфотерными оксидами):

Са(ОН) 2 + СО 2 = СаСО 3  + Н 2 О,

2 N аОН (тв.) + ZnO Na 2 ZnO 2 + Н 2 О

7. Взаимодействие основных оксидов с кислотными:

Са O + SiO 2 Са SiO 3

Na 2 O + SO 3 = Na 2 SO 4

8. Взаимодействие металлов с неметаллами:

2К + С1 2 = 2КС1

F е + S F е S

9. Взаимодействие металлов с солями.

Cu + Hg(NO 3 ) 2 = Hg + Cu(NO 3 ) 2

Pb(NO 3 ) 2 + Zn = Р b + Zn(NO 3 ) 2

10. Взаимодействие растворов щелочей с растворами солей

CuCl 2 + 2NaOH = Cu(OH) 2 ↓+ 2NaCl

NaHCO 3 + NaOH = Na 2 CO 3 + H 2 O

1. Применение солей.

Ряд солей являются соединениями необходимыми в значительных количествах для обеспечения жизнедеятельности животных и растительных организмов (соли натрия, калия, кальция, а также соли, содержащие элементы азот и фосфор). Ниже, на примерах отдельных солей, показаны области применения представителей данного класса неорганических соединений, в том числе, в нефтяной промышленности.

N аС1 - хлорид натрия (соль пищевая, поваренная соль). О широте использования этой соли говорит тот факт, что мировая добыча этого вещества составляет более 200 млн. т.

Эта соль находит широкое применение в пищевой промышленности, служит сырьем для получения хлора, соляной кислоты, гидроксида натрия, кальцинированной соды (Na 2 CO 3 ). Хлорид натрия находит разнообразное применение в нефтяной промышленности, например, как добавка в буровые растворы для повышения плотности, предупреждения образования каверн при бурении скважин, как регулятор сроков схватывания цементных тампонажных составов, для понижения температуры замерзания (антифриз) буровых и цементных растворов.

КС1 - хлорид калия. Входит в состав буровых растворов, способствующих сохранению устойчивости стенок скважин в глинистых породах. В значительных количествах хлорид калия используется в сельском хозяйстве в качестве макроудобрения.

Na 2 CO 3 - карбонат натрия (сода). Входит в состав смесей для производства стекла, моющих средств. Реагент для увеличения щелочности среды, улучшения качества глин для глинистых буровых растворов. Используется для устранения жесткости воды при ее подготовке к использованию (например, в котлах), широко используется для очистки природного газа от сероводорода и для производства реагентов для буровых и тампонажных растворов.

Al 2 (SO 4 ) 3 - сульфат алюминия. Компонент буровых растворов, коагулянт для очистки воды от тонкодисперсных взвешенных частиц, компонент вязкоупругих смесей для изоляции зон поглощения в нефтяных и газовых скважинах.

N а 2 В 4 О 7 - тетраборат натрия (бура). Является эффективным реагентом - замедлителем схватывания цементных растворов, ингибитором термоокислительной деструкции защитных реагентов на основе эфиров целлюлозы.

B а S О 4 - сульфат бария (барит, тяжелый шпат). Используется в качестве утяжелителя (  4,5 г/см 3) буровых и тампонажных растворов.

Fе 2 SO 4 - сульфат железа (П) (железный купорос). Используется для приготовления феррохромлигносульфоната - реагента-стабилизатора буровых растворов, компонент высокоэффективных эмульсионных буровых растворов на углеводородной основе.

F еС1 3 - хлорид железа (Ш). В сочетании со щелочью используется для очистки воды от сероводорода при бурении скважин водой, для закачки в сероводородсодержащие пласты с целью снижения их проницаемости, как добавка к цементам с целью повышения их стойкости к действию сероводорода, для очистки воды от взвешенных частиц.

CaCO 3 - карбонат кальция в виде мела, известняка. Является сырьем для производства негашеной извести СаО и гашеной извести Ca(OH) 2 . Используется в металлургии в качестве флюса. Применяется при бурении нефтяных и газовых скважин в качестве утяжелителя и наполнителя буровых растворов. Карбонат кальция в виде мрамора с определенным размером частиц применяется в качестве расклинивающего агента при гидравлическом разрыве продуктивных пластов с целью повышения нефтеотдачи.

CaSO 4 - сульфат кальция. В виде алебастра (2СаSО 4 · Н 2 О) широко используется в строительстве, входит в состав быстротвердеющих вяжущих смесей для изоляции зон поглощений. При добавке к буровым растворам в виде ангидрита (СаSО 4) или гипса (СаSО 4 · 2Н 2 О) придает устойчивость разбуриваемым глинистым породам.

CaCl 2 - хлорид кальция. Используется для приготовления буровых и тампонажных растворов для разбуривания неустойчивых пород, сильно снижает температуру замерзания растворов (антифриз). Применяется для создания растворов высокой плотности, не содержащих твердой фазы, эффективных для вскрытия продуктивных пластов.

N а 2 Si О 3 - силикат натрия (растворимое стекло). Используется для закрепления неустойчивых грунтов, для приготовления быстросхватывающихся смесей для изоляции зон поглощений. Применяется в качестве ингибитора коррозии металлов, компонента некоторых буровых тампонажных и буферных растворов.

AgNO 3 - нитрат серебра. Используется для химического анализа, в том числе пластовых вод и фильтратов буровых растворов на содержание ионов хлора.

Na 2 SO 3 - сульфит натрия. Используется для химического удаления кислорода (деаэрация) из воды в целях борьбы с коррозией при закачке сточных вод. Для ингибирования термоокислительной деструкции защитных реагентов.

Na 2 Cr 2 О 7 - бихромат натрия. Используется в нефтяной промышленности в качестве высокотемпературного понизителя вязкости буровых растворов, ингибитора коррозии алюминия, для приготовления ряда реагентов.

Соли – это химические соединения, в которых атом металла связан с кислотным остатком. Отличие солей от других соединение состоит в том, что у них явно выражен ионный характер связи. Поэтому связь так и называют – ионной. Ионная связь характеризуется ненасыщенностью и ненаправленностью. Примеры солей: хлорид натрия или кухонная соль – NaCl, сульфат кальция или гипс – СаSO4. В зависимости от того, насколько полно заменяются атомы водорода в кислоте или гидроксо-группы в гидроксиде различают средние, кислые и основные соли. В состав соли может входить несколько катионов металла – это двойные соли.

Средние соли

Средние соли – это соли, в которых происходит полное замещение атомов водорода ионами металла. Кухонная соль и гипс – таких солей. Средние соли охватывают большое количество соединений, часто встречающихся в природе, например, обманка – ZnS, пиррит – FeS2 и т.д. Этот вид солей самый распространенный.

Средние соли получают реакцией нейтрализации, когда и основание взяты в эквимолярных соотношениях, например:
H2SO3 + 2 NaOH = Na2SO3 + 2 H2O
Получается средняя соль . Если взять 1 моль гидроксида натрия, то реакция пойдет следующим образом:
H2SO3 + NaOH = NaHSO3 + H2O
Получается кислая соль гидросульфит натрия.

Кислые соли

Кислые соли – соли, в которых не все атомы водорода замещены металлом. Такие соли способны образовывать только многоосновные кислоты – серная, фосфорная, сернистая и прочие. Одноосновные кислоты, такие как соляная, азотная и другие, не дают.
Примеры солей: гидрокарбонат натрия или пищевая сода – NaHCO3, дигидрофосфат натрия – NaH2PO4.

Кислые соли можно также получить средних солей с кислотой:
Na2SO3+ H2SO3 = 2NaHSO3

Основные соли

Основные соли – соли, в которых не все гидроксо-группы замещены кислотными остатками. Например, – Аl(OH)SO4 , гидроксохлорид – Zn(OH)Cl, дигидроксокарбонат меди или малахит –Cu2(CO3)(OH)2.

Двойные соли

Двойные соли – соли, в которых два металла замещают атомы водорода в кислотном остатке. Такие соли возможны для полиосновных кислот. Примеры солей: карбонат натрия калия – NaKCO3, сульфат калия – KAl(SO4)2.. Самыми распространенными в быту двойными солями являются квасцы, например, алюмокалиевые квасцы – KAl(SO4)2 12Н2О. Их применят для очистки воды, дубления кожи, для разрыхления теста.

Смешанные соли

Смешанные соли - это соли, в которых атом металла связан с двумя разными кислотными остатками, например, хлорная известь - Ca(OCl)Cl.

Основания могут взаимодействовать:

• с неметаллами -

  6KOH + 3S → K2SO 3 + 2K 2 S + 3H 2 O;

• с кислотными оксидами -

  2NaOH + CO 2 → Na 2 CO 3 + H 2 O;

• с солями (выпадение осадка, высвобождение газа) -

  2KOH + FeCl 2 → Fe(OH) 2 + 2KCl.

Существую также другие способы получения:

• взаимодействие двух солей -

  CuCl 2 + Na 2 S → 2NaCl + CuS↓;

• реакция металлов и неметаллов -
• соединение кислотных и основных оксидов -

  SO 3 + Na 2 O → Na 2 SO 4 ;

• взаимодействие солей с металлами -

  Fe + CuSO 4 → FeSO 4 + Cu.

Химические свойства

Растворимые соли являются электролитами и подвержены реакции диссоциации. При взаимодействии с водой они распадаются, т.е. диссоциируют на положительно и отрицательно заряженные ионы - катионы и анионы соответственно. Катионами являются ионы металлов, анионами - кислотные остатки. Примеры ионных уравнений:

• NaCl → Na + + Cl − ;
• Al 2 (SO 4) 3 → 2Al 3 + + 3SO 4 2− ;
• CaClBr → Ca2 + + Cl - + Br - .

Помимо катионов металлов в солях могут присутствовать катионы аммония (NH4 +) и фосфония (PH4 +).

Другие реакции описаны в таблице химических свойств солей.

Рис. 3. Выделение осадка при взаимодействии с основаниями.

Некоторые соли в зависимости от вида разлагаются при нагревании на оксид металла и кислотный остаток или на простые вещества. Например, СаСO 3 → СаO + СО 2 , 2AgCl → Ag + Cl 2 .

Что мы узнали?

Из урока 8 класса химии узнали об особенностях и видах солей. Сложные неорганические соединения состоят из металлов и кислотных остатков. Могут включать водород (кислые соли), два металла или два кислотных остатка. Это твёрдые кристаллические вещества, которые образуются в результате реакций кислот или щелочей с металлами. Реагируют с основаниями, кислотами, металлами, другими солями.

Основы деления солей на отдельные группы были заложены в трудах французского химика и аптекаря Г. Руэля (\(1703\)–\(1770\)) . Именно он в \(1754\) г. предложил разделить известные к тому времени соли на кислые, основные и средние (нейтральные). В настоящее время выделяют и другие группы этого чрезвычайно важного класса соединений.

Средние соли

Средними называют соли, в состав которых входят металлический химический элемент и кислотный остаток.

В состав солей аммония вместо металлического химического элемента входит одновалентная группа аммония NH 4 I .

Примеры средних солей:

Na I Cl I - хлорид натрия;
Al 2 III SO 4 II 3 - сульфат алюминия;
NH I 4 NO 3 I - нитрат аммония.

Кислые соли

Кислыми называют соли, в состав которых, кроме металлического химического элемента и кислотного остатка, входят атомы водорода.

Обрати внимание!

Составляя формулы кислых солей, следует иметь в виду, что валентность остатка от кислоты численно равна количеству атомов водорода, входивших в состав молекулы кислоты и замещённых металлом.

При составлении названия такого соединения к названию соли добавляется приставка «гидро », если в остатке от кислоты имеется один атом водорода, и «дигидро », если в остатке от кислоты содержатся два атома водорода.

Примеры кислых солей:

Ca II HCO 3 ⏞ I 2 - гидрокарбонат кальция;
Na 2 I HPO 4 ⏞ II - гидрофосфат натрия;
Na I H 2 PO 4 ⏞ I - дигидрофосфат натрия.

Простейшим примером кислых солей может служить пищевая сода, т. е. гидрокарбонат натрия \(NaHCO_3\).

Основные соли

Основными называют соли, в состав которых, кроме металлического химического элемента и кислотного остатка, входят гидроксогруппы.

Основные соли можно рассматривать как продукт неполной нейтрализации многокислотного основания.

Обрати внимание!

Составляя формулы таких веществ, следует иметь в виду, что валентность остатка от основания численно равна количеству гидроксогрупп, «ушедших» из состава основания.

При составлении названия основной соли к названию соли добавляется приставка «гидроксо », если в остатке от основания имеется одна гидроксогруппа, и «дигидроксо », если в остатке от основания содержатся две гидроксогруппы.

Примеры основных солей:

MgOH ⏞ I Cl I - гидроксохлорид магния;
Fe OH ⏞ II NO 3 2 I - гидроксонитрат железа(\(III\));
Fe OH 2 ⏞ I NO 3 I - дигидроксонитрат железа(\(III\)).

Известным примером основных солей может служить налёт зелёного цвета гидроксокарбоната меди(\(II\)) \((CuOH)_2CO_3\), образующийся с течением времени на медных предметах и предметах, изготовленных из сплавов меди, если они контактируют с влажным воздухом. Такой же состав имеет и минерал малахит.

Комплексные соли

Комплексные соединения - разнообразный класс веществ. Заслуга в создании теории, объясняющей их состав и строение, принадлежит лауреату Нобелевской премии по химии \(1913\) г. швейцарскому учёному А. Вернеру (\(1866\)–\(1919\)). Правда, термин «комплексные соединения» в \(1889\) г. был введён другим выдающимся химиком, лауреатом Нобелевской премии \(1909\) г. В. Оствальдом (\(1853\)–\(1932\)).

В составе катиона или аниона комплексных солей имеется элемент-комплексообразователь , связанный с так называемыми лигандами . Число лигандов, которое присоединяет комплексообразователь, называется координационным числом . Например, координационное число двухвалентной меди, а также бериллия, цинка, равно \(4\). Координационное число алюминия, железа, трёхвалентного хрома равно \(6\).

В названии комплексного соединения число лигандов, соединённое с комплексообразователем, отображается греческими числительными: \(2\) - «ди », \(3\) - «три », \(4\) - «тетра », \(5\) - «пента », \(6\) - «гекса ». В качестве лигандов могут выступать как электрически нейтральные молекулы, так и ионы.

Название комплексного аниона начинается с указания состава внутренней сферы.

Если в качестве лигандов выступают анионы, к их названию добавляется окончание «–о »:

\(–Cl\) - хлоро-, \(–OH\) - гидроксо-, \(–CN\) - циано-.

Если лигандами являются электрически нейтральные молекулы воды, используется название «аква », а если аммиака - название «аммин ».

Затем называют комплексообразователь, используя его латинское название и окончание «–ат », после чего без пробела римскими цифрами в скобках указывают степень окисления (если комплексообразователь может иметь несколько степеней окисления).

После обозначения состава внутренней сферы указывают название катиона внешней сферы - той, что в химической формуле вещества находится вне квадратных скобок.

Пример:

K 2 Zn OH 4 - тетрагидроксоцинкат калия,
K 3 Al OH 6 - гексагидроксоалюминат калия,
K 4 Fe CN 6 - гексацианоферрат(\(II\)) калия.

В школьных учебниках формулы комплексных солей более сложного состава, как правило, упрощаются. Например, формулу тетрагидроксодиакваалюмината калия K Al H 2 O 2 OH 4 принято записывать как формулу тетрагидроксоалюмината.

Если комплексообразователь входит в состав катиона, то название внутренней сферы составляют так же, как в случае комплексного аниона, но используют русское название комплексообразователя и в скобках указывают степень его окисления.

Пример:

Ag NH 3 2 Cl - хлорид диамминсеребра,
Cu H 2 O 4 SO 4 - сульфат тетрааквамеди(\(II\)).

Кристаллогидраты солей

Гидратами называют продукты присоединения воды к частичкам вещества (термин образован от греческого hydor - «вода»).

Многие соли выпадают в осадок из растворов в виде кристаллогидратов - кристаллов, содержащих молекулы воды. В кристаллогидратах молекулы воды прочно связаны с катионами или анионами, образующими кристаллическую решётку. Многие соли такого вида по сути являются комплексными соединениями. Хотя многие из кристаллогидратов известны с незапамятных времён, начало систематическому изучению их состава положил голландский химик Б. Розебом (\(1857\)–\(1907\)).

В химических формулах кристаллогидратов принято указывать соотношение количества вещества соли и количество вещества воды.

Обрати внимание!

Точка, которая делит химическую формулу кристаллогидрата на две части, в отличие от математических выражений не обозначает действие умножения и читается как предлог «с».