Энергетика и направленность химических процессов (элементы химической термодинамики)

Соли

С точки зрения теории электролитической диссоциации соли - это вещества, диссоциирующие в растворах или в расплавах с образованием положительно заряженных ионов, отличных от ионов водорода, и отрицательно заряженных ионов, отличных от гидроксид – ионов.

Соли рассматривают обычно как продукты полного или частичного замещения атомов водорода в молекуле кислоты атомами металла или продукты полного или частичного замещения гидроксогрупп в молекуле основания кислотными остатками. При полном замещении получаются средние (или нормальные) соли, диссоциирующие в растворах или в расплавах с образованием катионов металлов и анионов кислотных остатков (исключение – соли аммония). При неполном замещении водорода кислоты получаются кислые соли, при неполном замещении гидроксогрупп основания – основные соли. Диссоциация кислых и основных солей рассматривается в разделе 8. Кислые соли могут быть образованы только многоосновными кислотами (H₂SO₄, H₂SO₃, H₂S,H₃PO₄ и т. д.), а основные соли – многокислотными основаниями (Mg (OH)₂,Ca (OH)₂, Al (OH)₃ и т. д.).

Примеры образования солей:

Ca (OH)₂ + H₂SO₄ = CaSO₄ + 2H₂O,

CaSO₄ (сульфат кальция) – нормальная (средняя) соль;

H₂SO₄ + NaOH = NaHSO₄ + H₂O,

NaHSO₄ (гидросульфат натрия) – кислая соль, полученная в результате недостатка взятого основания;

Cu (OH)₂ + HCl = CuOHCl + H₂O,

CuOHCl (хлорид гидроксомеди (II)) – основная соль, полученная в результате недостатка взятой кислоты.

Химические свойства солей:

I. Соли вступают в реакции ионного обмена, если при этом образуется осадок, слабый электролит или выделяется газ:

с щелочами реагируют соли, катионам металлов которых соответствуют нерастворимые основания:

CuSO₄ + 2NaOH = Na₂SO₄ + Cu (OH)₂↓;

с кислотами взаимодействуют соли:

а) катионы которых образуют с анионом новой кислоты нерастворимую соль:

BaCl₂ + H₂SO₄ = BaSO₄↓ + 2HCl;

б) анионы которой отвечают неустойчивой угольной или какой-либо летучей кислоте (в последнем случае реакция проводится между твердой солью и концентрированной кислотой):

Na₂CO₃ + 2HCl = 2NaCl + H₂O + CO₂↑,

NaCl_тв + H₂SO_4конц = NaHSO₄ + HCl↑;

в) анионы которой отвечают малорастворимой кислоте:

Na₂SiO₃ + 2HCl = H₂SiO₃↓ + 2NaCl;

г) анионы которой отвечают слабой кислоте:

2CH₃COONa + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + 2CH₃COOH;

cоли взаимодействуют между собой, если одна из образующихся новых солей нерастворима или разлагается (полностью гидролизуется) с выделением газа или осадка:

AgNO₃ + NaCl = NaNO₃+ AgCl↓,

2AlCl₃ + 3Na₂CO₃ + 3H₂O = 2Al (OH)₃↓ + 6NaCl + 3CO₂.

II. Соли могут вступать во взаимодействие с металлами, если металл, которому соответствует катион соли, находится в“Ряду напряжений “правее реагирующего свободного металла (более активный металл вытесняет менее активный металл из раствора его соли):

Zn + CuSO₄ = ZnSO₄ + Cu.

III. Некоторые соли разлагаются при нагревании:

CaCO₃ = CaO + CO₂.

IV. Некоторые соли способны реагировать с водой и образовывать кристаллогидраты:

CuSO₄ + 5H₂O = CuSO₄٭ 5H₂O ΔH<0

белого цвета сине-голубого цвета

Выделение теплоты и изменение цвета – признаки химических реакций.

V. Соли подвергаются гидролизу. Подробно этот процесс будет описан в разделе 8.10.

VI. Химические свойства кислых и основных солей отличаются от свойств средних солей тем, что кислые соли вступают также во все реакции, характерные для кислот, а основные соли вступают во все реакции, характерные для оснований. Например:

NaHSO₄ + NaOH= Na₂SO₄ + H₂O,

MgOHCl + HCl = MgCl₂ + H₂O.

Получение солей:

1. Взаимодействие основного оксида с кислотой:

CuO + H₂SO₄ = CuSO₄ + H₂O.

2. Взаимодействие металла с солью другого металла:

Mg + ZnCl₂ = MgCl₂ + Zn.

3. Взаимодействие металла с кислотой:

Mg + 2HCl = MgCl₂ + H₂.

4. Взаимодействие основания с кислотным оксидом:

Ca(OH)₂ + CO₂ = CaCO₃ + H₂O.

5. Взаимодействие основания с кислотой:

Fe(OH)₃ + 3HCl= FeCl₃ + 3H₂O.

6. Взаимодействие соли с основанием:

FeCl₂ + 2KOH = Fe(OH)₂ ¯ + 2KCl.

7. Взаимодействие двух солей:

Ba(NO₃)₂ + K₂SO₄ = BaSO₄ ¯ + 2KNO₃.

8. Взаимодействие металла с неметаллом:

2K + S = K₂S.

9. Взаимодействие кислоты с солью:

CaCO₃ + 2HCl = CaCl₂ + H₂O + CO₂.

10. Взаимодействие кислотного и основного оксидов:

CaO + CO₂ = CaCO₃.

Номенклатура солей. Согласно международным номенклатурным правилам, названия средних солей образуются из названия кислотного остатка в именительном падеже и названия металла в родительном падеже с указанием в скобках римскими цифрами его степени окисления (если это величина переменная). Название кислотного остатка состоит из корня латинского наименования кислотообразующего элемента, соответствующего окончанияи в некоторых случаях приставки.

Кислотные остатки бескислородных кислот получают окончание ид. Например: SnS – сульфид олова (II), Na₂Se – селенид натрия. Окончания названий кислотных остатков кислородсодержащих кислот зависят от степени окисления кислотообразующего элемента. Для высшей его степени окисления (“-ная “ или “-овая “ кислота) применяется окончание -ат. Например, соли азотной кислоты HNO₃ называются нитратами, серной кислоты H₂SO₄ - сульфатами, хромовой кислоты H₂CrO₄ – хроматами. Для более низкой степени окисления кислотообразующего элемента (“...истая кислота “) применяется окончание ит. Так, соли азотистой кислоты HNO₂ называются нитритами, сернистой кислоты H₂SO₃ – сульфитами. Если существует кислота с еще более низкой степенью окисления кислотообразующего элемента (“-оватистая кислота “), ее анион получает приставку гипо- и окончание - ит. Например, соли хлорноватистой кислоты HClО называют гипохлоритами.

Соли некоторых кислот в соответствии с исторически сложившейся традицией сохранили названия, отличающиеся от систематических. Так, соли марганцовой кислоты HMnO₄ называют перманганатами, хлорной кислоты HClO₄ – перхлоратами, йодной кислоты HIO₄ – периодатами. Соли марганцовистой кислоты H₂MnO₄, хлорноватой HClO₃ и йодноватой HIO₃ кислот называют соответственно манганатами, хлоратами и йодатами.

Названия кислых и основных солей образуются по тем же общим правилам, что и названия средних солей. При этом название аниона кислой соли снабжают приставкой гидро-, указывающей на наличие незамещенных атомов водорода; количество незамещенных атомов водорода указывают греческими числительными приставками. Например, Na₂HPO₄ – гидроортофосфат натрия, NaH₂PO₄ – дигидроортофосфат натрия.

Аналогично катион основной соли получает приставку гидроксо-, указывающую на наличие незамещенных гидроксогрупп. Число гидроксильных групп указывают греческим числительным. Например, Cr(OH)₂NO₃ – нитрат дигидроксохрома (III).

Названия важнейших кислот и их кислотных остатков приведены табл. 4.1.

Таблица 4.1

Названия и формулы кислот и их кислотных остатков

Название кислоты	Формула кислоты	Кислотный остаток	Название кислотного остатка
Азотная	HNO3	NO3 ‾	нитрат
Азотистая	HNO2	NO2 ‾	нитрит
Бромоводородная	HBr	Br ‾	бромид
Йодоводородная	HI	I ‾	йодид
Кремниевая	H2SiO3	SiO32¯	силикат
Марганцовая	HMnO4	MnO4¯	перманганат
Марганцовистая	H2MnO4	MnO42¯	манганат
Метафосфорная	HPO3	PO3¯	метафосфат
Мышьяковая	H3AsO4	AsO43¯	арсенат

Продолжение табл. 4.1

Мышьяковистая	H3AsO3	AsO33¯	арсенит
Ортофосфорная	H3PO4	PO43¯	ортофосфат (фосфат)
Пирофосфорная	H4P2O7	P2O74¯	пирофосфат (дифосфат)
Двухромовая	H2Cr2O7	Cr2O72¯	дихромат
Родановодородная	HCNS	CNS¯	роданид
Серная	H2SO4	SO42¯	сульфат
Сернистая	H2SO3	SO32¯	сульфит
Фосфористая	H3PO3	PO33¯	фосфит
Фтороводородная (плавиковая)	HF	F¯	фторид
Хлороводородная (соляная)	HCl	Cl¯	хлорид
Хлорная	HClO4	ClO4¯	перхлорат
Хлорноватая	HClO3	ClO3¯	хлорат
Хлористая	HClO2	ClO2¯	хлорит
Хлорноватистая	HClO	ClO¯	гипохлорит
Хромовая	H2CrO4	CrO42¯	хромат
Циановодородная (синильная)	HCN	CN¯	цианид

Эти вопросы входят в круг задач науки химической термодинамики, которая изучает взаимные превращения различных видов энергии в зависимости от условий протекания процесса, устанавливает количественные законы этих переходов, а также направление и пределы самопроизвольного протекания химических реакций при заданных условиях.