§ 26. Соли, их классификация и химические свойства

Сложные неорганические вещества, состоящие из атомов металлов (или катионов аммония $NH_4^+$) и кислотных остатков.

• Классическое определение Берцелиуса: продукты замещения атомов водорода в кислоте на металл или результат взаимодействия кислот с основаниями

Подразделение солей по степени замещения атомов водорода или гидроксогрупп:

• 1. Средние (нормальные) соли:
• Продукты полного замещения атомов водорода в кислоте на металл ($NaCl, CaCO_3, K_2SiO_3, Ba(NO_3)_2, NH_4Cl$)
• 2. Кислые соли:
• Продукты неполного замещения атомов водорода многоосновной кислоты на металл; содержат катионы водорода ($NaHCO_3$ — гидрокарбонат натрия, $Ca(H_2PO_4)_2$ — дигидрофосфат кальция, $NaHSO_4$ — гидросульфат натрия)
• 3. Осно́вные соли:
• Продукты неполного замещения гидроксогрупп многокислотного основания на кислотный остаток; содержат гидроксогруппы ($(CuOH)_2CO_3$ — малахит / дигидроксокарбонат меди(II), $ZnOHCl$ — гидрохлорид цинка)
• 4. Правило составления названий средних солей:

«Название кислотного остатка» + «название металла в родительном падеже» + «(валентность металла римскими цифрами, если переменная)»:

• Нитраты (от $HNO_3$): $Al(NO_3)_3$ — нитрат алюминия
• Хлориды (от $HCl$): $FeCl_3$ — хлорид железа(III)
• Сульфаты (от $H_2SO_4$): $CuSO_4$ — сульфат меди(II)
• Сульфиды (от $H_2S$): $FeS$ — сульфид железа(II)
• Фосфаты (от $H_3PO_4$): $Ca_3(PO_4)_2$ — фосфат кальция
• Карбонаты (от $H_2CO_3$): $CaCO_3$ — карбонат кальция
• Силикаты (от $H_2SiO_3$): $Na_2SiO_3$ — силикат натрия

Физическое свойство солей образовывать водные растворы (определяется по «Таблице растворимости»):

• Растворимые (Р): все соли натрия ($Na^+$), калия ($K^+$) и аммония ($NH_4^+$); все нитраты ($NO_3^-$); почти все хлориды (кроме $AgCl$ и $PbCl_2$); большинство сульфатов
• Нерастворимые (Н): все фосфаты, карбонаты, силикаты и сульфиды (за исключением солей щелочных металлов и аммония); сульфат бария $BaSO_4$, сульфат свинца $PbSO_4$, хлорид серебра $AgCl$
• Малорастворимые (М): сульфат кальция $CaSO_4$, сульфат серебра $Ag_2SO_4$, хлорид свинца(II) $PbCl_2$

Комплекс обменных и окислительно-восстановительных реакций:

• 1. Взаимодействие с кислотами:

$$BaCl_2 + H_2SO_4 \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2HCl$$

$$CaCO_3 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O + CO_2\uparrow$$

• 2. Взаимодействие со щелочами:

$$2NaOH + CuSO_4 \rightarrow Na_2SO_4 + Cu(OH)_2\downarrow$$

• 3. Взаимодействие с металлами (вытеснение):

$$Fe + CuSO_4 \rightarrow FeSO_4 + Cu$$

$$Cu + 2AgNO_3 \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2Ag\downarrow$$

• 4. Взаимодействие между двумя растворимыми солями:

$$BaCl_2 + 2AgNO_3 \rightarrow Ba(NO_3)_2 + 2AgCl\downarrow$$

$$CaCl_2 + Na_2CO_3 \rightarrow CaCO_3\downarrow + 2NaCl$$

Канонические ограничения:

• 1. Для реакции соли с металлом:
• Более активный свободный металл должен находиться в электрохимическом ряду напряжений левее металла, входящего в состав соли
• Образующаяся соль обязательно должна быть растворимой в воде
• Запрещено применять металлы щелочной и щёлочноземельной групп (они первично бурно реагируют с водой)
• 2. Для реакций между солями (и солями со щелочами):
• Обе исходные соли должны быть растворимы в воде
• В продуктах реакции обязательно должен образоваться нерастворимый осадок или газ

Универсальные синтетические маршруты (10 способов):

• 1. Кислота + металл: $Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2\uparrow$
• 2. Кислота + основный оксид: $CuO + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + H_2O$
• 3. Кислота + гидроксид (нейтрализация): $NaOH + HCl \rightarrow NaCl + H_2O$
• 4. Кислота + соль: $BaCl_2 + H_2SO_4 \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2HCl$
• 5. Щёлочь + кислотный оксид: $Ca(OH)_2 + CO_2 \rightarrow CaCO_3\downarrow + H_2O$
• 6. Щёлочь + соль: $2NaOH + CuSO_4 \rightarrow Na_2SO_4 + Cu(OH)_2\downarrow$
• 7. Соль + металл: $CuSO_4 + Fe \rightarrow FeSO_4 + Cu$
• 8. Соль + соль: $CaCl_2 + Na_2CO_3 \rightarrow CaCO_3\downarrow + 2NaCl$
• 9. Основный оксид + кислотный оксид: $MgO + SO_3 \rightarrow MgSO_4$
• 10. Металл + неметалл: $Fe + S \rightarrow FeS$

Выдающийся шведский химик и минералог, один из основоположников современной химии, заложивший научные основы классификации и электрохимической теории строения неорганических веществ.

• В начале XIX века сформулировал классическое химическое определение солей как продуктов взаимодействия кислот с основаниями либо соединений, полученных замещением атомов водорода в кислоте на металл.
• Положил степень замещения атомов водорода в кислотах и гидроксогрупп в основаниях в основу строгого деления солей на средние (нормальные), кислые и осно́вные.
• Ввёл современную систему химической символики из буквенных обозначений элементов, определил атомные массы многих веществ и открыл химические элементы церий, селен, кремний и цирконий.

1. Определение солей:

Солями называют сложные вещества, молекулы которых состоят из атомов металлов (или катионов аммония $NH_4^+$) и кислотных остатков.

2. Для каких солей это определение справедливо:

Это классическое базовое определение справедливо только для средних (нормальных) солей, которые представляют собой продукт полного замещения атомов водорода в молекуле кислоты на атомы металла (например, $NaCl, K_2SO_4, Ca_3(PO_4)_2$).

Для кислых солей в составе присутствуют незамещённые атомы водорода (например, $NaHCO_3$), а для осно́вных солей — гидроксогруппы основания (например, $CuOHCl$).

1. Классификация солей:

По составу и характеру замещения функциональных групп соли делят на три группы:

• Средние (нормальные) — продукты полного замещения атомов водорода в кислоте атомами металлов ($Na_2SO_4, CaCO_3, AlCl_3$);
• Кислые — продукты неполного замещения атомов водорода многоосновных кислот атомами металлов ($NaHCO_3, KHSO_4, Ca(H_2PO_4)_2$);
• Осно́вные — продукты неполного замещения гидроксильных групп многокислотных оснований кислотными остатками ($Cu_2(OH)_2CO_3, ZnOHCl$).

2. Различия между кислыми и основными солями:

• Кислые соли образуются при избытке многоосновной кислоты и содержат в составе ионы водорода ($H^+$), проявляя слабокислые или нейтральные свойства при диссоциации;
• Осно́вные соли образуются при недостатке кислоты и избытке многокислотного основания и содержат в своём составе гидроксогруппы ($OH^-$).

3. Сходство:

• Обе группы представляют собой сложные ионные соединения, состоящие из атомов металла и кислотного остатка;
• Являются продуктами неполной взаимной нейтрализации кислот и оснований;
• Могут быть переведены в средние соли при добавлении соответствующего реагента (кислые соли превращаются в средние при действии щёлочи, а осно́вные соли — при действии кислоты).

Растворимость солей в воде — ключевое физическое свойство, определяющее возможность протекания реакций ионного обмена. Соли подразделяют на:

• Растворимые соли (Р):
• Все без исключения соли натрия ($Na^+$), калия ($K^+$) и аммония ($NH_4^+$);
• Все соли азотной кислоты — нитраты ($NO_3^-$);
• Подавляющее большинство хлоридов ($Cl^-$) и сульфатов ($SO_4^{2-}$).
• Нерастворимые соли (Н):
• Практически все карбонаты ($CO_3^{2-}$), фосфаты ($PO_4^{3-}$), силикаты ($SiO_3^{2-}$) и сульфиды ($S^{2-}$), кроме солей $Na^+, K^+, NH_4^+$;
• Хлорид серебра $AgCl$ (белый творожистый осадок);
• Сульфат бария $BaSO_4$ (тяжёлый белый мелкокристаллический осадок);
• Сульфат свинца(II) $PbSO_4$.
• Малорастворимые соли (М):
• Сульфат кальция $CaSO_4$ (гипс), сульфат серебра $Ag_2SO_4$, хлорид свинца(II) $PbCl_2$.

1. Исключение не солей:

• $LiOH$ — основание (гидроксид лития);
• $POCl_3$ — оксохлорид фосфора(V) (хлорангидрид);
• $SiH_4$ — моносилан (летучее водородное соединение);
• $SCl_4$ — тетрахлорид серы (бинарное ковалентное соединение).

2. Выбор солей, номенклатура и растворимость по таблице:

• $\text{NiCl}_2$ — хлорид никеля(II): растворимая соль (Р);
• $\text{Pb(NO}_3\text{)}_2$ — нитрат свинца(II): растворимая соль (Р);
• $\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3$ — сульфат железа(III): растворимая соль (Р);
• $\text{CaSO}_4$ — сульфат кальция: малорастворимая соль (М);
• $\text{Ba}_3(\text{PO}_4)_2$ — фосфат бария: нерастворимая соль (Н);
• $\text{CuSO}_4$ — сульфат меди(II): растворимая соль (Р);
• $\text{Sn(NO}_3\text{)}_2$ — нитрат олова(II): растворимая соль (Р).