§ 17. Соли

ПОНЯТИЕ О СОЛЯХ И СТРОЕНИЕ ИХ МОЛЕКУЛ

Среди неорганических веществ соли представляют собой наиболее многочисленный и разнообразный класс химических соединений. Самым знакомым каждому человеку представителем этого класса является обыкновенная поваренная соль с химической формулой NaCl.

С точки зрения химического строения, молекулу хлорида натрия можно представить как продукт замещения атома водорода в соляной кислоте (HCl) на атом металла — натрий. Если же взять двухосновную кислоту, например серную (H₂SO₄), где с кислотным остатком SO₄ связаны два атома водорода, то при их замещении на атомы натрия образуется соль сульфат натрия — Na₂SO₄.

Соли — это сложные химические вещества, состоящие из атомов металла и кислотного остатка.

В подавляющем большинстве солей химическая связь между атомами металла и кислотным остатком является ионной. Металлы отдают свои валентные электроны и превращаются в положительно заряженные катионы, а кислотные остатки удерживают их, образуя устойчивую кристаллическую решётку.

АЛГОРИТМ СОСТАВЛЕНИЯ ФОРМУЛ СОЛЕЙ И ПРАВИЛА НОМЕНКЛАТУРЫ

Чтобы безошибочно составить химическую формулу любой соли, необходимо строго знать валентность входящего в неё металла и валентность кислотного остатка (которая всегда равна числу атомов водорода в исходной кислоте).

Пошаговый алгоритм на примере фосфата кальция:

1. Запись компонентов: рядом записываем химический знак металла и формулу кислотного остатка: Ca PO₄.
2. Определение валентностей: над символами римскими цифрами указываем валентности: кальций всегда двухвалентен (Ca — II), а кислотный остаток фосфорной кислоты H₃PO₄ трёхвалентен (PO₄ — III).
3. Поиск наименьшего общего кратного (НОК): находим наименьшее общее кратное для чисел 2 и 3, оно равно 6.
4. Определение индексов: делим НОК на валентность каждого элемента:
   • Для кальция: 6 / 2 = 3 (индекс у кальция — 3);
   • Для фосфатного остатка: 6 / 3 = 2 (индекс у остатка — 2).
5. Итоговая запись: если кислотный остаток сложный и берется несколько раз, его обязательно заключают в круглые скобки, вынося индекс за скобку: Ca₃(PO₄)₂.

Правила составления названий солей (номенклатура):

Название соли строится из названия кислотного остатка в именительном падеже и названия металла в родительном падеже:

• От соляной кислоты (HCl) — хлориды (NaCl — хлорид натрия);
• От серной кислоты (H₂SO₄) — сульфаты (Na₂SO₄ — сульфат натрия);
• От сернистой кислоты (H₂SO₃) — сульфиты (CaSO₃ — сульфит кальция);
• От сероводородной кислоты (H₂S) — сульфиды (FeS — сульфид железа(II));
• От азотной кислоты (HNO₃) — нитраты (KNO₃ — нитрат калия);
• От угольной кислоты (H₂CO₃) — карбонаты (CaCO₃ — карбонат кальция);
• От фосфорной кислоты (H₃PO₄) — фосфаты (K₃PO₄ — фосфат калия).

Если металл проявляет переменную валентность, её значение обязательно указывается римской цифрой в скобках: FeCl₂ — хлорид железа(II), FeCl₃ — хлорид железа(III).

ХЛОРИД НАТРИЯ (NaCl): ПОВАРЕННАЯ СОЛЬ И ХИМИЧЕСКИЙ ГИГАНТ

Хлорид натрия (NaCl) — белое кристаллическое вещество, соленое на вкус, превосходно растворимое в воде. В быту его называют поваренной, столовой или каменной солью (в минералогии — галит).

Биологическая роль для человека:

Хлорид натрия жизненно необходим организму. Ионы натрия и хлора поддерживают водно-солевой баланс, постоянство осмотического давления крови и участвуют в проведении нервных импульсов. Взрослому человеку в сутки требуется около 10–15 г соли. Полное и длительное лишение соли приводит к тяжелейшим нарушениям и неминуемой гибели. В медицине при обезвоживании и кровопотерях пациентам внутривенно вводят 0,9%-ный водный раствор NaCl в дистиллированной воде, называемый физиологическим раствором (его солевая концентрация в точности соответствует плазме крови человека).

Промышленное применение:

В кулинарии соль служит главной вкусовой приправой и мощным консервантом (соления, консервы). В химической промышленности поваренная соль — важнейшее базовое сырьё: электролизом её растворов и расплавов получают металлический натрий, газообразный хлор, едкий натр (NaOH), соляную кислоту и пищевую соду.

КАРБОНАТ КАЛЬЦИЯ (CaCO₃): МЕЛ, ИЗВЕСТНЯК И ЖИВАЯ АРХИТЕКТУРА

Карбонат кальция (CaCO₃) — белое нерастворимое в воде вещество, образующее в земной коре колоссальные минеральные толщи: мел, известняк и кристаллический мрамор. В подземных карстовых пещерах именно медленное отложение карбоната кальция из капающей воды веками формирует причудливые свисающие сосульки — сталактиты и растущие им навстречу каменные столбы — сталагмиты.

Роль в живой природе:

Карбонат кальция — главный строительный минерал органического мира:

• Он образует наружные защитные панцири морских ежей, скелеты морских звёзд и рифообразующих кораллов;
• Составляет основу раковин двустворчатых и брюхоногих моллюсков;
• Является ключевым компонентом драгоценного природного жемчуга и прочной яичной скорлупы птиц и рептилий.

Миллионы лет твердые раковины и скелеты отмирающих морских организмов оседали на дне древних океанов, спрессовываясь в мощные километровые осадочные породы, которые сегодня человек добывает в карьерах.

Практическое значение: известняк и мрамор служат фундаментальными строительными и облицовочными материалами, а также исходным сырьём для обжига на негашёную известь (CaO), производства цемента и карбида кальция.

ФОСФАТ КАЛЬЦИЯ (Ca₃(PO₄)₂): СТРОИТЕЛЬ КОСТЕЙ И ЗУБОВ

Фосфат кальция — твёрдое белое кристаллическое вещество, абсолютно нерастворимое в воде.

Распространение в природе:

В неживой природе фосфат кальция слагает осадочные минералы — фосфориты и магматические породы — апатиты. Они служат главным мировым сырьём для производства фосфорных минеральных удобрений (суперфосфата), необходимых сельскому хозяйству для обильного урожая зерновых и овощных культур.

Биологическая функция:

В организмах человека и всех позвоночных животных фосфат кальция вместе с коллагеновыми волокнами образует прочнейший минеральный скелет: он является главным неорганическим компонентом костей скелета, дентина и эмали зубов. Именно нерастворимость и кристаллическая прочность фосфата кальция защищают кости от вымывания водой и придают зубам поразительную механическую твёрдость.