Соли

Со́ли — сложные вещества, состоящие из катионов металлов и анионов кислотных остатков. ИЮПАК определяет соли как химические соединения, состоящие из катионов и анионов^[1]. Есть ещё одно определение: солями называют вещества, которые могут быть получены при взаимодействии кислот и оснований с выделением воды^[2].

Кроме катионов металлов, в солях могут находиться катионы аммония NH₄⁺, фосфония PH₄⁺ и их органические производные, а также комплексные катионы и т. д. Анионами в солях выступают анионы кислотного остатка различных кислот Брёнстеда — как неорганических, так и органических, включая карбанионы и комплексные анионы^[3].

М. В. Ломоносов в своих Трудах по химии и физике так описывал понятие «соль»^[4]^[5]:

Названием солей обозначают хрупкие тела, которые растворяются в воде, причем она остается прозрачной; они не загораются, если в чистом виде подвергаются действию огня. Их виды: купорос и все другие металлические соли, квасцы, бура, винный камень, существенные соли растений, соль винного камня и поташ, летучая мочевая соль, селитра, обыкновенная соль родниковая, морская и каменная, нашатырь, английская соль и другие соли, полученные в результате химических работ.

Типы солей

Если рассматривать соли как продукты замены катионов в кислотах или гидроксогрупп в основаниях, то можно выделить следующие типы солей^[3]:

Средние (нормальные) соли — продукты замещения всех катионов водорода в молекулах кислоты на катионы металла (Na₂CO₃, K₃PO₄).
Кислые соли — продукты частичного замещения катионов водорода в кислотах на катионы металла (NaHCO₃, K₂HPO₄). Они образуются при нейтрализации основания избытком кислоты (то есть в условиях недостатка основания или избытка кислоты).
Осно́вные соли — продукты неполного замещения гидроксогрупп основания (OH⁻) кислотными остатками ((CuOH)₂CO₃). Они образуются в условиях избытка основания или недостатка кислоты.
Комплексные соли — это сложные вещества, в состав которых входят комплексный катион и анион, либо катион и комплексный анион (Na₂[Zn(OH)₄]).

По числу присутствующих в структуре катионов и анионов выделяют следующие типы солей^[6]:

Простые соли — соли, состоящие из одного вида катионов и одного вида анионов (NaCl)
Двойные соли — соли, содержащие два различных катиона (KAl(SO₄)₂·12H₂O).
Смешанные соли — соли, в составе которых присутствует два различных аниона (Ca(OCl)Cl).

Также различают гидратные соли (кристаллогидраты), в состав которых входят молекулы кристаллизационной воды, например, Na₂SO₄·10H₂O, и комплексные соли, содержащие комплексный катион или комплексный анион (K₄[Fe(CN)₆]). Внутренние соли образованы биполярными ионами, то есть молекулами, содержащими как положительно заряженный, так и отрицательно заряженный атом^[7].

Номенклатура солей

Номенклатура солей кислородсодержащих кислот

Названия солей, как правило, связаны с названиями соответствующих кислот. Поскольку многие кислоты в русском языке носят тривиальные, или традиционные, названия, подобные названия (нитраты, фосфаты, карбонаты и др.) также сохраняются и для солей^[8].

Традиционные названия солей состоят из названий анионов в именительном падеже и названий катионов в родительном падеже^[9]. Названия анионов строятся на основе русских или латинских названий кислотообразующих элементов. Если кислотообразующий элемент может иметь одну степень окисления, то к его названию добавляют суффикс -ат:

CO₃²⁻ — карбонат,

GeO₃²⁻ — германат.

Если кислотообразующий элемент может принимать две степени окисления, то для аниона, образованного этим элементом в более высокой степени окисления, применяют суффикс -ат, а для аниона с элементом в меньшей степени окисления — суффикс -ит:

SO₄²⁻ — сульфат,

SO₃²⁻ — сульфит.

Если элемент может принимать три степени окисления, то для высшей, средней и низшей степени окисления используют соответственно суффиксы -ат, -ит и суффикс -ит с приставкой гипо-:

NO₃⁻ — нитрат,

NO₂⁻ — нитрит,

N₂O₂²⁻ — гипонитрит.

Наконец, в случае элементов, принимающих четыре степени окисления, для высшей степени окисления применяют приставку пер- и суффикс -ат, далее (в порядке понижения степени окисления) суффикс -ат, суффикс -ит и суффикс -ит с приставкой гипо-:

ClO₄⁻ — перхлорат,

ClO₃⁻ — хлорат,

ClO₂⁻ — хлорит,

ClO⁻ — гипохлорит^[10].

Приставки мета-, орто-, поли-, ди-, три-, пероксо- и т. п., традиционно присутствующие в названиях кислот, сохраняются также и в названиях анионов^[9].

Названия катионов соответствуют названиям элементов, от которых они образованы: при необходимости указывается число атомов в катионе (катион диртути(2+) Hg₂²⁺, катион тетрамышьяка(2+) As₄²⁺) и степень окисления атома, если она переменная^[11].

Названия кислых солей образуются путём добавления приставки гидро- к названию аниона. Если на один анион приходится больше одного атома водорода, то его количество указывают при помощи умножающей приставки (NaHCO₃ — гидрокарбонат натрия, NaH₂PO₄ — дигидрофосфат натрия). Аналогично, для образования названий основных солей используются приставки гидроксо- ((FeOH)NO₃ — гидроксонитрат железа(II))^[12].

Кристаллогидратам дают названия, добавляя слово гидрат к традиционному или систематическому названию соли (Pb(BrO₃)₂·H₂O — гидрат бромата свинца(II), Na₂CO₃·10H₂O — декагидрат карбоната натрия). Если известна структура кристаллогидрата, то может применяться номенклатура комплексных соединений ([Be(H₂O)₄]SO₄ — сульфат тетрааквабериллия(II))^[13].

Для некоторых классов солей существуют групповые названия, например, квасцы — для двойных сульфатов общего вида M^IM^III(SO₄)₂·12H₂O, где M^I — катионы натрия, калия, рубидия, цезия, таллия или аммония, а M^III — катионы алюминия, галлия, индия, таллия, титана, ванадия, хрома, марганца, железа, кобальта, родия или иридия^[14].

Для более сложных или редких солей применяются систематические названия, образующиеся по правилам номенклатуры комплексных соединений^[8]. Согласно данной номенклатуре, соль подразделяется на внешнюю и внутреннюю сферы (катион и анион): последняя состоит из центрального атома и лигандов — атомов, связанных с центральным атомом. Название соли формируют следующим образом. Вначале записывают название внутренней сферы (аниона) в именительном падеже, состоящее из названий лигандов (приставок) и центрального элемента (корня) с суффиксом -ат и указанием его степени окисления. Затем к названию добавляют названия атомов внешней сферы (катионов) в родительном падеже^[15]:

LiBO₂ — диоксоборат(III) лития,

Na₂Cr₂O₇ — гептаоксодихромат(VI) натрия,

NaHSO₄ — тетраоксосульфат(VI) водорода-натрия.

Номенклатура солей бескислородных кислот

Для образования названий солей бескислородных кислот пользуются общими правилами составления названий бинарных соединений: применяются либо универсальные номенклатурные правила с указанием числовых приставок, либо способ Штока с указанием степени окисления, причём второй способ является предпочтительным.

Названия галогенидов составляются из названия галогена с суффиксом -ид и катиона (NaBr — бромид натрия, SF₆ — фторид серы(VI), или гексафторид серы, Nb₆I₁₁ — ундекаиодид гексаниобия). Кроме того, существует класс псевдогалогенидов — солей, которые содержат анионы с галогенидоподобными свойствами. Их названия образуются подобным образом (Fe(CN)₂ — цианид железа(II), AgNCS — тиоцианат серебра(I))^[16].

Халькогениды, содержащие в качестве аниона серу, селен и теллур, называют сульфидами, селенидами и теллуридами. Сероводород и селеноводород могут образовывать кислые соли, которые называют гидросульфидами и гидроселенидами соответственно (ZnS — сульфид цинка, SiS₂ — дисульфид кремния, NaHS — гидросульфид натрия). Двойные сульфиды называют, указывая два катиона через дефис: (FeCu)S₂ — дисульфид железа-меди^[17].

Физические свойства и строение солей

Как правило, соли представляют собой кристаллические вещества с ионной кристаллической решёткой. Например, кристаллы галогенидов щелочных и щёлочноземельных металлов (NaCl, CsCl, CaF₂) построены из анионов, расположенных по принципу плотнейшей шаровой упаковки, и катионов, занимающих пустоты в этой упаковке. Ионные кристаллы солей могут быть построены также из кислотных остатков, объединённых в бесконечные анионные фрагменты и трёхмерные каркасы с катионами в полостях (силикаты). Подобное строение соответствующим образом отражается на их физических свойствах: они имеют высокие температуры плавления, в твёрдом состоянии являются диэлектриками^[18].

Известны также соли молекулярного (ковалентного) строения (например, хлорид алюминия AlCl₃). У многих солей характер химических связей является промежуточным между ионным и ковалентным^[7].

Особый интерес представляют ионные жидкости — соли с температурой плавления ниже 100 °С. Кроме аномальной температуры плавления ионные жидкости имеют практически нулевое давление насыщенного пара и высокую вязкость. Особые свойства этих солей объясняются низкой симметрией катиона, слабым взаимодействием между ионами и хорошим распределением заряда катиона^[19].

Важным свойством солей является их растворимость в воде. По данному критерию выделяют растворимые, мало растворимые и нерастворимые соли.

Нахождение в природе

Многие минералы — соли, образующие залежи (например, галит ${\mathsf {NaCl}}$ , сильвин ${\mathsf {KCl}}$ , флюорит ${\mathsf {CaF_{2}}}$ ).

Методы получения

Существуют различные методы получения солей:

Взаимодействие кислот с металлами, основными и амфотерными оксидами / гидроксидами:

${\mathsf {H_{2}SO_{4}+Mg\longrightarrow MgSO_{4}+H_{2}\uparrow }}$

${\mathsf {H_{2}SO_{4}+MgO\longrightarrow MgSO_{4}+H_{2}O}}$

${\mathsf {3H_{2}SO_{4}+Al_{2}O_{3}\longrightarrow Al_{2}(SO_{4})_{3}+3\ H_{2}O}}$

Взаимодействие кислотных оксидов c щелочами, основными и амфотерными оксидами / гидроксидами:

${\mathsf {Ca(OH)_{2}+CO_{2}\longrightarrow CaCO_{3}\downarrow +H_{2}O}}$

${\mathsf {CaO+SiO_{2}\longrightarrow CaSiO_{3}}}$

${\mathsf {Al_{2}O_{3}+3\ SO_{3}\longrightarrow Al_{2}(SO_{4})_{3}}}$

${\mathsf {Mg(OH)_{2}+CO_{2}\longrightarrow MgCO_{3}\downarrow +H_{2}O}}$

${\mathsf {Zn(OH)_{2}+SO_{3}\longrightarrow ZnSO_{4}+H_{2}O}}$

Взаимодействие солей c кислотами, другими солями (если образуется выходящий из сферы реакции продукт):

${\mathsf {CaCO_{3}+2HCl\longrightarrow CaCl_{2}+H_{2}O+CO_{2}\uparrow }}$

${\mathsf {CuCl_{2}+Na_{2}S\longrightarrow 2NaCl+CuS\downarrow }}$

${\mathsf {2Na_{2}CO_{3}+2MgCl_{2}+H_{2}O\longrightarrow [Mg(OH)]_{2}CO_{3}+CO_{2}\uparrow +4NaCl}}$

Взаимодействие простых веществ:

${\mathsf {Fe+S\longrightarrow FeS}}$

Взаимодействие оснований с неметаллами, например, с галогенами:

${\mathsf {Ca(OH)_{2}+Cl_{2}\longrightarrow Ca(OCl)Cl+H_{2}O}}$

Кристаллогидраты обычно получают при кристаллизации соли из водных растворов, однако известны также кристаллосольваты солей, выпадающие из неводных растворителей (например, CaBr₂·3C₂H₅OH)^[7]. Названия сольватов образуются перечислением компонентов с дальнейшим указанием количественного соотношения в скобках, например, CaBr₂·3C₂H₅OH будет называться бромид кальция — этанол (1/3).

Химические свойства

Химические свойства определяются свойствами катионов и анионов, входящих в их состав.

Соли взаимодействуют с кислотами и основаниями, если в результате реакции получается продукт, который выходит из сферы реакции (осадок, газ, малодиссоциирующие вещества, например, вода):

${\mathsf {BaCl_{2}+H_{2}SO_{4}\longrightarrow BaSO_{4}\downarrow +2HCl}}$

${\mathsf {NaHCO_{3}+HCl\longrightarrow NaCl+H_{2}O+CO_{2}\uparrow }}$

${\mathsf {Na_{2}SiO_{3}+2HCl\longrightarrow 2NaCl+H_{2}SiO_{3}\downarrow }}$

Соли взаимодействуют с металлами, если свободный металл находится левее металла в составе соли в электрохимическом ряду активности металлов:

${\mathsf {Cu+HgCl_{2}\longrightarrow CuCl_{2}+Hg}}$

Соли взаимодействуют между собой, если продукт реакции выходит из сферы реакции (образуется газ, осадок или вода); в том числе эти реакции могут проходить с изменением степеней окисления атомов реагентов:

${\mathsf {CaCl_{2}+Na_{2}CO_{3}\longrightarrow CaCO_{3}\downarrow +2NaCl}}$

${\mathsf {AgNO_{3}+NaCl\longrightarrow AgCl\downarrow +NaNO_{3}}}$

${\mathsf {K_{2}Cr_{2}O_{7}+3Na_{2}SO_{3}+4H_{2}SO_{4}\longrightarrow Cr_{2}(SO_{4})_{3}+3Na_{2}SO_{4}+K_{2}SO_{4}+4H_{2}O}}$

Многие соли разлагаются при нагревании:

${\mathsf {CuCO_{3}\longrightarrow CuO+CO_{2}\uparrow }}$

${\mathsf {Ca(NO_{3})_{2}\longrightarrow Ca(NO_{2})_{2}+O_{2}\uparrow }}$

${\mathsf {NH_{4}NO_{3}\longrightarrow N_{2}O\uparrow +2H_{2}O}}$

${\mathsf {NH_{4}NO_{2}\longrightarrow N_{2}\uparrow +2H_{2}O}}$

Диссоциация в водных растворах

При растворении в воде соли полностью или частично диссоциируют на ионы. Если диссоциация происходит нацело, то соли являются сильными электролитами, иначе — слабыми^[7]. Примером типичных сильных электролитов могут служить соли щелочных металлов, которые в растворе существуют в виде сольватированных ионов^[2]. Несмотря на то, что широко распространена теория, утверждающая, что соли в водном растворе диссоциируют полностью, в реальности для большинства солей наблюдается частичная диссоциация, например, 0,1 M раствор FeCl₃ содержит лишь 10 % катионов Fe³⁺, а также 42 % катионов FeCl²⁺, 40 % катионов FeCl₂⁺, 6 % катионов FeOH²⁺ и 2 % катионов Fe(OH)₂⁺^[20].

Гидролиз солей

Некоторые соли в водном растворе способны подвергаться гидролизу^[7]. Данная реакция протекает обратимо для солей слабых кислот (Na₂CO₃) или слабых оснований (CuCl₂), и необратимо — для солей слабых кислот и слабых оснований (Al₂S₃).

Влияние на организм человека

Название солей	Продукты содержания	Влияние на человеческий организм	Заболевания при нехватке солей
Соли кальция	Молоко, рыба, овощи	Повышение роста и прочности костей	Плохой рост скелета, разрушение зубов и.т.д.
Соли железа	Печень говяжья, мясо говяжье	Входят в состав гемоглобина	Анемия
Соли магния	Горох, курага	Улучшение работы кишечника	Ухудшение работы пищеварительной системы

Применение солей

Соли повсеместно используются как в производстве, так и в повседневной жизни.

Соли соляной кислоты. Из хлоридов больше всего используют хлорид натрия и хлорид калия.
Хлорид натрия (поваренную соль) выделяют из озерной и морской воды, а также добывают в соляных шахтах. Поваренную соль используют в пищу. В промышленности хлорид натрия служит сырьём для получения хлора, гидроксида натрия и соды.
Хлорид калия используют в сельском хозяйстве как калийное удобрение.
Соли серной кислоты. В строительстве и в медицине широко используют полуводный гипс, получаемый при обжиге горной породы (дигидрат сульфата кальция). Будучи смешан с водой, он быстро застывает, образуя дигидрат сульфата кальция, то есть гипс.
Декагидрат сульфата натрия используют в качестве сырья для получения соды.
Соли азотной кислоты. Нитраты больше всего используют в качестве удобрений в сельском хозяйстве. Важнейшим из них является нитрат натрия, нитрат калия, нитрат кальция и нитрат аммония. Обычно эти соли называют селитрами.
Из ортофосфатов важнейшим является ортофосфат кальция. Эта соль служит основной составной частью минералов — фосфоритов и апатитов. Фосфориты и апатиты используются в качестве сырья в производстве фосфорных удобрений, например, суперфосфата и преципитата.
Соли угольной кислоты. Карбонат кальция используют в качестве сырья для получения извести.
Карбонат натрия (соду) применяют в производстве стекла и при варке мыла.
Карбонат кальция в природе встречается и в виде известняка, мела и мрамора.

Галерея изображения солей

См. также

Примечания

↑ IUPAC Gold Book — salt (неопр.). Дата обращения: 21 мая 2013. Архивировано 23 мая 2013 года.
↑ ¹ ² СОЖ, 1999.
↑ ¹ ² Зефиров, 1995, с. 376.
↑ М. В. Ломоносов. Труды по химии и физике (неопр.). Историко-Мемориальный музей Ломоносова. Дата обращения: 24 октября 2013. Архивировано 29 октября 2013 года.
↑ М. В. Ломоносов. Введение в истинную физическую химию (неопр.). Фундаментальная электронная библиотека. — Параграф 111. Дата обращения: 24 октября 2013. Архивировано 29 октября 2013 года.
↑ Зефиров, 1995, с. 376—377.
↑ ¹ ² ³ ⁴ ⁵ Зефиров, 1995, с. 377.
↑ ¹ ² Лидин, 1983, с. 46.
↑ ¹ ² Лидин, 1983, с. 48.
↑ Лидин, 1983, с. 47—48.
↑ Лидин, 1983, с. 13—14.
↑ Лидин, 1983, с. 50—51.
↑ Лидин, 1983, с. 53.
↑ Лидин, 1983, с. 54.
↑ Лидин, 1983, с. 65.
↑ Лидин, 1983, с. 28—30.
↑ Лидин, 1983, с. 32—33.
↑ Химическая энциклопедия / Под ред. И. Л. Кнунянца. — М.: Большая российская энциклопедия, 1990. — Т. 2. — ISBN 5-85270-035-5.
↑ Wasserscheid P., Keim W. Ionic Liquids—New “Solutions” for Transition Metal Catalysis (англ.) // Angew. Chem. Int. Ed. — 2000. — Vol. 39, no. 21. — P. 3772—3789. — doi:10.1002/1521-3773(20001103)39:21<3772::AID-ANIE3772>3.0.CO;2-5. — PMID 11091453.
↑ Hawkes S. J. Salts are Mostly NOT Ionized (англ.) // J. Chem. Educ. — 1996. — Vol. 75, no. 5. — P. 421—423. — doi:10.1021/ed073p421.

Литература

Гиричев Г. В. Структура молекул солей кислородсодержащих кислот // Соросовский образовательный журнал. — 1999. — № 11. — С. 40—44.
Лидин Р. А., Молочко В. А., Андреева Л. Л., Цветков А. А. Основы номенклатуры неорганических веществ / Под ред. Б. Д. Стёпина. — М.: Химия, 1983. — 112 с.
Химическая энциклопедия / Под ред. Н. С. Зефирова. — М.: Большая российская энциклопедия, 1995. — Т. 4. — ISBN 5-85270-092-4.

[1] IUPAC Gold Book — salt (неопр.). Дата обращения: 21 мая 2013. Архивировано 23 мая 2013 года.

[_a4f6d02edcde401a-2] ¹ ² СОЖ, 1999.

[_ee82bc42b91b4cc5-3] ¹ ² Зефиров, 1995, с. 376.

[4] М. В. Ломоносов. Труды по химии и физике (неопр.). Историко-Мемориальный музей Ломоносова. Дата обращения: 24 октября 2013. Архивировано 29 октября 2013 года.

[5] М. В. Ломоносов. Введение в истинную физическую химию (неопр.). Фундаментальная электронная библиотека. — Параграф 111. Дата обращения: 24 октября 2013. Архивировано 29 октября 2013 года.

[_3151582fccc25f72-6] Зефиров, 1995, с. 376—377.

[_ee82bc42b91b4cc4-7] ¹ ² ³ ⁴ ⁵ Зефиров, 1995, с. 377.

[_d898df684e752054-8] ¹ ² Лидин, 1983, с. 46.

[_d898df684e75205a-9] ¹ ² Лидин, 1983, с. 48.

[_0bd92eaaf96e00dd-10] Лидин, 1983, с. 47—48.

[_31042576fe9f44af-11] Лидин, 1983, с. 13—14.

[_5cab276d716e0153-12] Лидин, 1983, с. 50—51.

[_d898e0684e752226-13] Лидин, 1983, с. 53.

[_d898e0684e752221-14] Лидин, 1983, с. 54.

[_d898dd684e751cc9-15] Лидин, 1983, с. 65.

[_b523790ee23d123b-16] Лидин, 1983, с. 28—30.

[_7b5cd702fc79ff0f-17] Лидин, 1983, с. 32—33.

[ХЭ_ИК-18] Химическая энциклопедия / Под ред. И. Л. Кнунянца. — М.: Большая российская энциклопедия, 1990. — Т. 2. — ISBN 5-85270-035-5.

[19] Wasserscheid P., Keim W. Ionic Liquids—New “Solutions” for Transition Metal Catalysis (англ.) // Angew. Chem. Int. Ed. — 2000. — Vol. 39, no. 21. — P. 3772—3789. — doi:10.1002/1521-3773(20001103)39:21<3772::AID-ANIE3772>3.0.CO;2-5. — PMID 11091453.

[20] Hawkes S. J. Salts are Mostly NOT Ionized (англ.) // J. Chem. Educ. — 1996. — Vol. 75, no. 5. — P. 421—423. — doi:10.1021/ed073p421.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

Соли

Содержание

Типы солей

Номенклатура солей