Что такое соль? Формула, свойства соли (химия). Формула соли поваренной. Химическая формула: поваренная соль. Свойства поваренной соли Видео про механизм растворения соли
Таблица растворимости солей, кислот и оснований – фундамент, без которого невозможно полноценное освоение химических знаний. Растворимость оснований и солей помогает в обучении не только школьникам, но и профессиональным людям. Создание многих продуктов жизнедеятельности не может обойтись без данных знаний.
Таблица растворимости кислот, солей и оснований в воде
Таблица растворимости солей и оснований в воде – это пособие, которое помогает в освоении химических основ. Разобраться с представленной ниже таблицей помогут следующие примечания.
- Р – указывает на растворимое вещество;
- Н – не растворимое вещество;
- М – вещество мало растворяется в водной среде;
- РК – вещество способно растворятся только при воздействии сильных органических кислот;
- Прочерк будет говорить о том, что такого существа не существует в природе;
- НК – не растворяется ни в кислотах, ни в воде;
- ? – вопросительный знак говорит о том, что на сегодняшний день нет точных сведений о растворении вещества.
Зачастую таблицу используют химики и школьники, студенты для проведения лабораторных исследований, в ходе которых необходимо установить условия протекания определённых реакций. По таблице получается обнаружить, как поведёт себя вещество в соляной или кислотной среде, возможно ли появление осадка. Осадок при проведении исследований и опытов говорит о необратимости реакции. Это существенный момент, который может повлиять на ходе всей лабораторной работы.
Для того чтобы ответить на вопрос, что такое соль, обычно долго задумываться не приходится. Это химическое соединение в повседневной жизни встречается достаточно часто. Об обычной поваренной соли и говорить не приходится. Подробное внутреннее строение солей и их соединений изучает неорганическая химия.
Определение соли
Четкий ответ на вопрос, что такое соль, можно найти в трудах М. В. Ломоносова. Такое имя он присвоил хрупким телам, которые могут растворяться в воде и не воспламеняются под воздействием высоких температур или открытого огня. Позднее определение выводили не из их физических, а из химических свойств данных веществ.
Примером смешанной является кальциевая соль соляной и хлорноватистой кислоты: CaOCl 2.
Номенклатура
Соли, образованные металлами с переменной валентностью, имеют дополнительное обозначение: после формулы в скобках пишут римскими цифрами валентность. Так, существует сульфат железа FeSO 4 (II) и Fe 2 (SO4) 3 (III). В названии солей имеется приставка гидро-, если в ее составе существуют незамещенные атомы водорода. Например, гидрофосфат калия обладает формулой K 2 HPO 4 .
Свойства солей в электролитах
Теория электролитической диссоциации дает собственное толкование химическим свойствам. В свете этой теории соль может быть определена как слабый электролит, который в растворенном виде диссоциирует (распадается) в воде. Таким образом, раствор соли можно представить как комплекс положительных отрицательных ионов, причем первые - это не атомы водорода Н + , а вторые - не атомы гидроксогруппы ОН - . Ионов, которые присутствовали бы во всех видах растворов солей, не существует, поэтому какими-либо общими свойствами они не обладают. Чем меньше заряды ионов, образующих раствор соли, тем лучше они диссоциируют, тем лучше электропроводимость такой жидкой смеси.
Растворы кислых солей
Кислые соли в растворе распадаются на сложные отрицательные ионы, представляющие собой кислотный остаток, и простые анионы, являющиеся положительно заряженными частицами металла.
Например, реакция растворения гидрокарбоната натрия ведет к распаду соли на ионы натрия и остаток НСО 3 - .
Полная формула выглядит таким образом: NaHCO 3 = Na + + HCO 3 - , HCO 3 - = H + + CO 3 2- .
Растворы основных солей
Диссоциация основных солей ведет к образованию анионов кислоты и сложных катионов, состоящих из металлов и гидроксокрупп. Эти сложные катионы, в свою очередь, также способны распадаться в процессе диссоциации. Поэтому в любом растворе соли основной группы присутствуют ионы ОН - . Например, диссоциация хлорида гидроксомагния протекает следующим образом:
Распространение солей
Что такое соль? Этот элемент является одним из самых распространенных химических соединений. Всем известны поваренная соль, мел (карбонат кальция) и прочее. Среди солей карбонатной кислоты самым распространенным является карбонат кальция. Он является составной частью мрамора, известняка, доломита. А еще карбонат кальция — основа для формирования жемчуга и кораллов. Это химическое соединение является неотъемлемой составляющей для формирования твердых покровов у насекомых и скелетов у хордовых животных.
Поваренная соль известна нам с детства. Врачи предостерегают от ее чрезмерного употребления, но в умеренных количествах она крайне необходима для осуществления жизненных процессов в организме. А нужна она для поддержания правильного состава крови и вырабатывания желудочного сока. Физрастворы, неотъемлемая часть инъекций и капельниц, есть не что иное, как раствор поваренной соли.
Соли-продукт замещения атомов водорода в кислоте на металл. Растворимые соли в соде диссоцируют на катион металла и анион кислотного остатка. Соли делят на:
· Средние
· Основные
· Комплексные
· Двойные
· Смешанные
Средние соли. Это продукты полного замещения атомов водорода в кислоте на атомы металла, или на группу атомов (NH 4 +): MgSO 4 ,Na 2 SO 4 ,NH 4 Cl, Al 2 (SO 4) 3 .
Названия средних солей происходят от названия металлов и кислот:CuSO 4 -сульфат меди,Na 3 PO 4 -фосфат натрия,NaNO 2 -нитрит натрия,NaClO-гипохлорит натрия,NaClO 2 -хлорит натрия,NaClO 3 -хлорат натрия,NaClO 4 -перхлорат натрия,CuI- йодид меди(I), CaF 2 -фторид кальция. Так же надо запомнить несколько тривиальных названий: NaCl-поваренная соль, KNO3-калийная селитра, K2CO3-поташ, Na2CO3-сода кальцинированная,Na2CO3∙10H2O-сода кристаллическая, CuSO4- медный купорос,Na 2 B 4 O 7 . 10H 2 O- бура,Na 2 SO 4 . 10H 2 O-глауберова соль.Двойные соли. Это соли, содержащие два типа катионов (атомы водорода многоосновной кислоты замещены двумя различными катионами): MgNH 4 PO 4 , KAl (SO 4 ) 2 , NaKSO 4 .Двойные соли как индивидуальные соединения существуют только в кристаллическом виде. При растворении в воде они полностью диссоциируютна ионы металлов и кислотные остатки (если соли растворимые), например:
NaKSO 4 ↔ Na + + K + + SO 4 2-
Примечательно, что диссоциация двойных солей в водных растворах проходит в 1 ступень. Для названия солей данного типа нужно знать названия аниона и двух катионов: MgNH 4 PO 4 - фосфат магния-аммония.
Комплексные соли. Это частицы (нейтральные молекулы или ионы), которые образуются в результате присоединения к данному иону(или атому), называемомукомплексообразователем , нейтральных молекул или других ионов, называемых лигандами . Комплексные соли делятся на:
1) Катионные комплексы
Cl 2 - дихлоридтетраамминцинка(II)
Cl 2 -
ди
хлоридгексаамминкобальта(II)
2) Анионные комплексы
K 2 -
тетрафторобериллат(II) калия
Li -
тетрагидридоалюминат(III) лития
K 3 -
гексацианоферрат(III) калия
Теорию строения комплексных соединений разработал швейцарский химик А. Вернер.
Кислые соли – продукты неполного замещения атомов водорода в многоосновных кислотах на катионы металла.
Например: NaHCO 3
Химические свойства:
Реагируют с металлами, стоящими в ряду напряжений левее водорода
.
2KHSO 4 +Mg→H 2 +Mg(SO) 4 +K 2
(SO) 4
Заметим, что для таких реакций опасно брать щелочные металлы, ибо они вначале прореагируют с водой с большим выделением энергии, и произойдёт взрыв, так как все реакции происходят в растворах.
2NaHCO 3 +Fe→H 2 +Na 2 CO 3 +Fe 2 (CO 3) 3 ↓
Кислые соли реагируют с растворами щелочей и образуют среднюю(ие) соль(ли) и воду:
NaHCO 3 +NaOH→Na 2 CO 3 +H 2 O
2KHSO 4 +2NaOH→2H 2 O+K 2 SO 4 +Na 2 SO 4
Кислые соли реагируют с растворами средних солей в том случае, если выделяется газ, выпадает осадок, или выделяется вода:
2KHSO 4 +MgCO 3 →MgSO 4 +K 2 SO 4 +CO 2 +H 2 O
2KHSO 4 +BaCl 2 →BaSO 4 ↓+K 2 SO 4 +2HCl
Кислые соли реагируют с кислотами, если кислота-продукт реакции будет более слабая или летучая, чем добавленная.
NaHCO 3 +HCl→NaCl+CO 2 +H 2 O
Кислые соли реагируют с основными оксидами с выделением воды и средних солей:
2NaHCO 3 +MgO→MgCO 3 ↓+Na 2 CO 3 +H 2 O
2KHSO 4 +BeO→BeSO 4 +K 2 SO 4 +H 2 O
Кислые соли (в частности гидрокарбонаты) разлагаются под действием температуры:
2NaHCO 3 → Na 2
CO 3 +CO 2 +H 2 O
Получение:
Кислые соли образуются при воздействии на щёлочь избытком раствора многоосновной кислоты (реакция нейтрализации):
NaOH+H 2 SO 4 →NaHSO 4 +H 2 O
Mg(OH) 2 +2H 2 SO 4 →Mg(HSO 4) 2 +2H 2 O
Кислые соли образуются при растворении основных оксидов в многоосновных кислотах:
MgO+2H 2 SO 4 →Mg(HSO 4) 2 +H 2 O
Кислые соли образуются при растворении металлов в избытке раствора многоосновной кислоты:
Mg+2H 2 SO 4 →Mg(HSO 4) 2 +H 2
Кислые соли образуются в результате взаимодействия средней соли и кислоты, которой образован анион средней соли:
Ca 3 (PO 4) 2 +H 3 PO 4 →3CaHPO 4
Основные соли:
Основные соли – продукт неполного замещения гидроксогруппы в молекулах многокислотных оснований на кислотные остатки .
Пример: MgOHNO 3 ,FeOHCl.
Химические свойства:
Основные соли реагируют с избытком кислоты, образуя среднюю соль и воду.
MgOHNO 3 +HNO 3 →Mg(NO 3) 2 +H 2 O
Основные соли разлагаются температурой:
2 CO 3 →2CuO+CO 2 +H 2 O
Получение основных солей:
Взаимодействие солей слабых кислот со средними солями:
2MgCl 2 +2Na 2 CO 3 +H 2 O→ 2
CO 3 +CO 2 +4NaCl
Гидролиз солей, образованных слабым основанием и сильной кислотой:
ZnCl 2 +H 2 O→Cl+HCl
Большинство основных солей являются малорастворимыми. Многие из них являются минералами, напримермалахит Cu 2 CO 3 (OH) 2 и гидроксилапатит Ca 5 (PO 4) 3 OH.
Свойства смешанных солей не рассматриваются в школьном курсе химии, но определение важно знать.
Смешанные соли – это соли, в составе которых к одному катиону металла присоединены кислотные остатки двух разных кислот.
Наглядный пример -Ca(OCl)Cl белильная известь (хлорка).
Номенклатура:
1. Соль содержит комплексный катион
Сначала называют катион, затем входящие в внутреннюю сферу лиганды- анионы, с окончанием на «о» (Cl - - хлоро, OH - -гидроксо), затем лиганды, представляющие собой нейтральные молекулы (NH 3 -амин, H 2 O -акво).Если одинаковых лигандов больше 1, о их количество обозначают греческими числительными: 1 - моно, 2 - ди,3 - три, 4 - тетра, 5 - пента, 6 - гекса, 7 - гепта, 8 - окта, 9 - нона, 10 - дека. Последним называют ион-комплексообразователь, в скобках указывая его валентность, если она переменная.
[ Ag (NH 3 ) 2 ](OH )-гидроксид диамин серебра (I )
[ Co (NH 3 ) 4 Cl 2 ] Cl 2 -хлорид дихлор o тетраамин кобальта (III )
2. Соль содержит комплексный анион.
Сначала называют лиганды -анионы, затем входящие в внутреннюю сферу нейтральные молекулы с окончанием на «о», указывая их количество греческими числительными. Последним называют ион-комплексообразователь на латинском, с суффиксом «ат», указывая в скобочках валентность. Далее пишется название катиона, находящегося в внешней сфере, число катионов не указывается.
K 4 -гексацианоферрат (II) калия(реактив на ионы Fe 3+)
K 3 - гексацианоферрат (III) калия(реактив на ионы Fe 2+)
Na 2 -тетрагидроксоцинкат натрия
Большинство ионов комплексообразователей- металлы. Наибольшую склонность к комплексообрзованию проявляют d элементы. Вокруг центрального иона-комплексообразователя находятся противоположно заряженные ионы или нейтральные молекулы- лиганды или адденды.
Ион-комплексообразователь и лиганды составляют внутреннюю сферу комплекса (в квадратных скобочках), число лигандов, координирующихся вокруг центрального иона называют координационным числом.
Ионы, не вошедшие в внутреннюю сферу, образуют внешнюю сферу. Если комплексный ион- катион, то во внешней сфере анионы и наоборот, если комплексный ион-анион, то во внешней сфере- катионы. Катионами обычно являются ионы щелочных и щёлочноземельных металлов, катион аммония. При диссоциации комплексные соединения дают сложные комплексные ионы, которые довольно устойчивы в растворах:
K 3 ↔3K + + 3-
Если речь идёт о кислых солях, то при чтении формулы произносится приставка гидро-, например:
Гидросульфид натрия NaHS
Гидрокарбонат натрия NaHCO 3
С основными солями же используется приставка гидроксо- или дигидроксо-
(зависит от степени окисления металла в соли), например:
гидроксохлорид магнияMg(OH)Cl, дигидроксохлорид алюминия Al(OH) 2 Cl
Способы получения солей:
1. Прямое взаимодействие металла с неметаллом . Этим способом можно получают соли бескислородных кислот.
Zn+Cl 2 →ZnCl 2
2. Взаимодействие кислоты и основания (реакция нейтрализации). Реакции этого типа имеют большое практическое значение (качественные реакции на большинство катионов), они всегда сопровождаются выделением воды:
NaOH+HCl→NaCl+H 2 O
Ba(OH) 2 +H 2 SO 4 →BaSO 4 ↓+2H 2 O
3. Взаимодействие основного оксида с кислотным :
SO 3 +BaO→BaSO 4 ↓
4. Взаимодействие кислотного оксида и основания :
2NaOH+2NO 2 →NaNO 3 +NaNO 2 +H 2 O
NaOH+CO 2 →Na 2 CO 3 +H 2 O
5. Взаимодействие основного оксида и кислота :
Na 2 O+2HCl→2NaCl+H 2 O
CuO+2HNO 3 =Cu(NO 3) 2 +H 2 O
6. Прямое взаимодействие металла с кислотой. Эта реакция может сопровождаться выделением водорода. Будет ли выделяться водорода или нет зависит от активности металла, химических свойств кислоты и ее концентрации (см. Свойства концентрированной серной и азотной кислот).
Zn+2HCl=ZnCl 2 +H 2
H 2 SO 4 +Zn=ZnSO 4 +H 2
7. Взаимодействие соли с кислотой . Эта реакция будет происходить при условии, что кислота, образующая соль слабее или более летуча, чем кислота, вступившая в реакцию:
Na 2 CO 3 +2HNO 3 =2NaNO 3 +CO 2 +H 2 O
8. Взаимодействие соли с кислотным оксидом. Реакции идут только при нагревании, поэтому, вступающий в реакцию оксид должен быть менее летучим, чем образующийся после реакции:
CaCO 3 +SiO 2 =CaSiO 3 +CO 2
9. Взаимодействие неметалла с щелочью . Галогены, сера и некоторые другие элементы, взаимодействуя с щелочами дают бескислородную и кислородосодержащую соли:
Cl 2 +2KOH=KCl+KClO+H 2 O(реакция идёт без нагревания)
Cl 2 +6KOH=5KCl+KClO 3 +3H 2 O (реакция идёт с нагреванием)
3S+6NaOH=2Na 2 S+Na 2 SO 3 +3H 2 O
10. Взаимодействие между двумя солями. Это наиболее распространённыйспособ получения солей. Для этого обе соли, вступившие в реакцию должны бать хорошо растворимы, а так как это реакция ионного обмена, то, для того, чтобы она прошла до конца, нужно чтобы 1 из продуктов реакции был нерастворим:
Na 2 CO 3 +CaCl 2 =2NaCl+CaCO 3 ↓
Na 2 SO 4 + BaCl 2 =2NaCl+BaSO 4 ↓
11. Взаимодействие между солью и металлом . Реакция протекает в том случае, если металл стоит в ряду напряжения металлов левее того, который содержится в соли:
Zn+CuSO 4 =ZnSO 4 +Cu↓
12. Термическое разложение солей . При нагревании некоторых кислородосодержащих солей образуются новые, с меньшим содержанием кислорода, или вообще его не содержащие:
2KNO 3 → 2KNO 2 +O 2
4KClO 3 → 3KClO 4 +KCl
2KClO 3 → 3O 2 +2KCl
13. Взаимодействие неметалла с солью. Некоторые неметаллы способны соединяться с солями, с образованием новых солей:
Cl 2 +2KI=2KCl+I 2 ↓
14. Взаимодействие основания с солью . Так как это реакцияионного обмена, то, для того, чтобы она прошла до конца, нужно чтобы 1 из продуктов реакции был нерастворим (это реакция так же пользуются для перевода кислых солей в средние):
FeCl 3 +3NaOH=Fe(OH) 3 ↓ +3NaCl
NaOH+ZnCl 2 = (ZnOH)Cl+NaCl
KHSO 4 +KOH=K 2 SO 4 +H 2 O
Так же таким способом можно получать и двойные соли:
NaOH+ KHSO 4 =KNaSO 4 +H 2 O
15. Взаимодействие металла с щелочью. Металлы, которые являются амфотерными реагируют с щелочами, образуя комплексы:
2Al+2NaOH+6H 2 O=2Na+3H 2
16. Взаимодействие солей(оксидов, гидроксидов, металлов) с лигандами:
2Al+2NaOH+6H 2 O=2Na+3H 2
AgCl+3NH 4 OH=OH+NH 4 Cl+2H 2 O
3K 4 +4FeCl 3 =Fe 3 3 +12KCl
AgCl+2NH 4 OH=Cl+2H 2 O
Редактор: Харламова Галина Николаевна
Определение солей в рамках теории диссоциации. Соли принято делить на три группы: средние, кислые и основные. В средних солях все атомы водорода соответствующей кислоты замещены на атомы металла, в кислых солях они замещены только частично, в основных солях группы ОН соответствующего основания частично замещены на кислотные остатки.
Существуют также некоторые другие типы солей, например двойные соли, в которых содержатся два разных катиона и один анион: СаСО 3 MgCO 3 (доломит), КСl NaCl (сильвинит), KAl(SO 4) 2 (алюмокалиевые квасцы); смешанные соли, в которых содержится один катион и два разных аниона: СаОСl 2 (или Са(ОСl)Сl); комплексные соли, в состав которых входит комплексный ион, состоящий из центрального атома, связанного с несколькими лигандами : K 4 (желтая кровяная соль), K 3 (красная кровяная соль), Na, Cl; гидратные соли (кристаллогидраты), в которых содержатся молекулы кристаллизационной воды: CuSO 4 5H 2 O(медный купорос), Na 2 SO 4 10Н 2 О (глауберова соль).
Название солей образуют из названия аниона, за которым следует название катиона.
Для солей бескислородных кислот к названию неметалла добавляют суффикс ид, например хлорид натрия NaCl, сульфид железа(Н) FeS и др.
При наименовании солей кислородсодержащих кислот к латинскому корню названия элемента добавляют в случае высших степеней окисления окончание — am , в случае низших степеней окисления окончание -ит. В названиях некоторых кислот для обозначения низших степеней окисления неметалла используют приставку гипо-, для солей хлорной и марганцовой кислот используют приставку пер-, например: карбонат кальция СаСО 3 , сульфат железа(III) Fe 2 (SO 4) 3 , сульфит железа(II) FeSO 3 , гипохлорит калия КОСl, хлорит калия КОСl 2 , хлорат калия КОСl 3 , перхлорат калия КОСl 4 , перманганат калия КМnO 4 , дихромат калия К 2 Сг 2 O 7 .
Кислые и основные соли можно рассматривать как продукт неполного превращения кислот и оснований. По международной номенклатуре атом водорода, входящий в состав кислой соли, обозначают приставкой гидро-, группу ОН - приставкой гидрокси, NaHS - гидросульфид натрия, NaHSO 3 - гидросульфит натрия, Mg(OH)Cl - гидроксихлорид магния, Аl(ОН) 2 Сl - дигидроксихлорид алюминия.
В названиях комплексных ионов сначала указывают лиганды, завершают названием металла с указанием соответствующей степени окисления (римскими цифрами в скобках). В названиях комплексных катионов используют русские названия металлов, например: Cl 2 - хлорид тетраамминмеди(П), 2 SO 4 - сульфат диамминсеребра(1). В названиях комплексных анионов используют латинские названия металлов с суффиксом -ат, например: К[Аl(ОН) 4 ] - тетрагидроксиалюминат калия, Na - тетра- гидроксихромат натрия, K 4 - гексацианоферрат(Н) калия.
Названия гидратных солеи (кристаллогридратов ) образуются двумя способами. Можно воспользоваться системой названий комплексных катионов, описанной выше; например, медный купорос SO 4 Н 2 0 (или CuSO 4 5Н 2 O) можно назвать сульфат тетрааквамеди(П). Однако для наиболее известных гидратных солей чаще всего число молекул воды (степень гидратации) указывают численной приставкой к слову «гидрат», например: CuSO 4 5Н 2 O - пентагидрат сульфата меди(И), Na 2 SO 4 10Н 2 О - декагидрат сульфата натрия, СаСl 2 2Н 2 O - дигидрат хлорида кальция.
Растворимость солей
По растворимости в воде соли делятся на растворимые (Р), нерастворимые (Н) и малорастворимые (М). Для определения растворимости солей пользуются таблицей растворимости кислот, оснований и солей в воде. Если таблицы под рукой нет, то можно воспользоваться правилами. Их легко запомнить.
1. Растворимы все соли азотной кислоты - нитраты.
2. Растворимы все соли соляной кислоты - хлориды, кроме AgCl (Н) , PbCl 2 (М) .
3. Растворимы все соли серной кислоты - сульфаты, кроме BaSO 4 (Н) , PbSO 4 (Н) .
4. Растворимы соли натрия и калия.
5. Не растворяются все фосфаты, карбонаты, силикаты и сульфиды, кроме солей Na + и K + .
Из всех химических соединений соли являются наиболее многочисленным классом веществ. Это твердые вещества, они отличаются друг от друга по цвету и растворимости в воде. В начале XIX в. шведский химик И. Берцелиус сформулировал определение солей как продуктов реакций кислот с основаниями или соединений, полученных заменой атомов водорода в кислоте металлом. По этому признаку различают соли средние, кислые и основные. Средние, или нормальные, соли - это продукты полного замещения атомов водорода в кислоте на металл.
Например:
Na 2 CO 3 - карбонат натрия;
CuSO 4 - сульфат меди (II) и т. д.
Диссоциируют такие соли на катионы металла и анионы кислотного остатка:
Na 2 CO 3 = 2Na + + CO 2 —
Кислые соли - это продукты неполного замещения атомов водорода в кислоте на металл. К кислым солям относят, например, питьевую соду NaHCO 3 , которая состоит из катиона металла Na + и кислотного однозарядного остатка HCO 3 — . Для кислой кальциевой соли формула записывается так: Ca(HCO 3) 2. Названия этих солей складываются из названий средних солей с прибавлением приставки гидро- , например:
Mg(HSO 4) 2 - гидросульфат магния.
Диссоциируют кислые соли следующим образом:
NaHCO 3 = Na + + HCO 3 —
Mg(HSO 4) 2 = Mg 2+ + 2HSO 4 —
Основные соли - это продукты неполного замещения гидроксогрупп в основании на кислотный остаток. Например, к таким солям относится знаменитый малахит (CuOH) 2 CO 3 , о котором вы читали в произведениях П. Бажова. Он состоит из двух основных катионов CuOH + и двухзарядного аниона кислотного остатка CO 3 2- . Катион CuOH + имеет заряд +1, поэтому в молекуле два таких катиона и один двухзарядный анион CO 3 2- объединены в электронейтральную соль.
Названия таких солей будут такими же, как и у нормальных солей, но с прибавлением приставки гидроксо- , (CuOH) 2 CO 3 - гидроксокарбонат меди (II) или AlOHCl 2 - гидроксохлорид алюминия. Большинство основных солей нерастворимы или малорастворимы.
Последние диссоциируют так:
AlOHCl 2 = AlOH 2 + + 2Cl —
Свойства солей
Первые две реакции обмена были подробно рассмотрены ранее.
Третья реакция также является реакцией обмена. Она протекает между растворами солей и сопровождается образованием осадка, например:
Четвертая реакция солей связана с положением металла в электрохимическом ряду напряжений металлов (см. «Электрохимический ряд напряжений металлов»). Каждый металл вытесняет из растворов солей все другие металлы, расположенные правее его в ряду напряжений. Это соблюдается при выполнении следующих условий:
1) обе соли (и реагирующая, и образующаяся в результате реакции) должны быть растворимыми;
2) металлы не должны взаимодействовать с водой, поэтому металлы главных подгрупп I и II групп (для последней начиная с Са) не вытесняют другие металлы из растворов солей.
Способы получения солей
Способы получения и химические свойства солей. Соли могут быть получены из неорганических соединений практически любого класса. Наряду с этими способами соли бескислородных кислот могут быть получены при непосредственном взаимодействии металла и неметалла (Cl, S ит. д.).
Многие соли устойчивы при нагревании. Однако соли аммония, а также некоторые соли малоактивных металлов, слабых кислот и кислот, в которых элементы проявляют высшие или низшие степени окисления, при нагревании разлагаются.
СаСO 3 = СаО + СO 2
2Ag 2 CO 3 = 4Ag + 2СO 2 + O 2
NH 4 Cl = NH 3 + НСl
2KNO 3 = 2KNO 2 + O 2
2FeSO 4 = Fe 2 O 3 + SO 2 + SO 3
4FeSO 4 = 2Fe 2 O 3 + 4SO 2 + O 2
2Cu(NO 3) 2 = 2CuO + 4NO 2 + O 2
2AgNO 3 = 2Ag + 2NO 2 + O 2
NH 4 NO 3 = N 2 O + 2H 2 O
(NH 4) 2 Cr 2 O 7 = Cr 2 O 3 + N 2 + 4H 2 O
2КСlO 3 =MnO 2 = 2KCl + 3O 2
4KClO 3 = 3КСlO 4 + KCl
| Кати- оны | Анионы | |||||||||
| F - | Cl - | Br - | I - | S 2- | NO 3 - | CO 3 2- | SiO 3 2- | SO 4 2- | PO 4 3- | |
| Na + | Р | Р | Р | Р | Р | Р | Р | Р | Р | Р |
| K + | Р | Р | Р | Р | Р | Р | Р | Р | Р | Р |
| NH 4 + | Р | Р | Р | Р | Р | Р | Р | Р | Р | Р |
| Mg 2+ | РК | Р | Р | Р | М | Р | Н | РК | Р | РК |
| Ca 2+ | НК | Р | Р | Р | М | Р | Н | РК | М | РК |
| Sr 2+ | НК | Р | Р | Р | Р | Р | Н | РК | РК | РК |
| Ba 2+ | РК | Р | Р | Р | Р | Р | Н | РК | НК | РК |
| Sn 2+ | Р | Р | Р | М | РК | Р | Н | Н | Р | Н |
| Pb 2+ | Н | М | М | М | РК | Р | Н | Н | Н | Н |
| Al 3+ | М | Р | Р | Р | Г | Р | Г | НК | Р | РК |
| Cr 3+ | Р | Р | Р | Р | Г | Р | Г | Н | Р | РК |
| Mn 2+ | Р | Р | Р | Р | Н | Р | Н | Н | Р | Н |
| Fe 2+ | М | Р | Р | Р | Н | Р | Н | Н | Р | Н |
| Fe 3+ | Р | Р | Р | - | - | Р | Г | Н | Р | РК |
| Co 2+ | М | Р | Р | Р | Н | Р | Н | Н | Р | Н |
| Ni 2+ | М | Р | Р | Р | РК | Р | Н | Н | Р | Н |
| Cu 2+ | М | Р | Р | - | Н | Р | Г | Н | Р | Н |
| Zn 2+ | М | Р | Р | Р | РК | Р | Н | Н | Р | Н |
| Cd 2+ | Р | Р | Р | Р | РК | Р | Н | Н | Р | Н |
| Hg 2+ | Р | Р | М | НК | НК | Р | Н | Н | Р | Н |
| Hg 2 2+ | Р | НК | НК | НК | РК | Р | Н | Н | М | Н |
| Ag + | Р | НК | НК | НК | НК | Р | Н | Н | М | Н |
Условные обозначения:
Р - вещество хорошо растворимо в воде; М - малорастворимо; Н - практически нерастворимо в воде, но легко растворяется в слабых или разбавленных кислотах; РК - нерастворимо в воде и растворяется только в сильных неорганических кислотах; НК - нерастворимо ни в воде, ни в кислотах; Г - полностью гидролизуется при растворении и не существует в контакте с водой. Прочерк означает, что такое вещество вообще не существует.
В водных растворах соли полностью или частично диссоциируют на ионы. Соли слабых кислот и(или) слабых оснований подвергаются при этом гидролизу. Водные растворы солей содержат гидратированные ионы, ионные пары и более сложные химические формы, включающие продукты гидролиза и др. Ряд солей растворимы также в спиртах, ацетоне, амидах кислот и др. органических растворителях.
Из водных растворов соли могут кристаллизоваться в виде кристаллогидратов, из неводных - в виде кристаллосольватов, например СаВг 2 ЗС 2 Н 5 ОН.
Данные о различных процессах, протекающих в водносолевых системах, о растворимости солей при их совместном присутствии в зависимости от температуры, давления и концентрации, о составе твердых и жидких фаз могут быть получены при изучении диаграмм растворимости водно-солевых систем.
Общие способы синтеза солей.
1.Получение средних солей:
1) металла с неметаллом: 2Na + Cl 2 = 2NaCl
2) металла с кислотой: Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2
3) металла с раствором соли менее активного металла Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu
4) основного оксида с кислотным оксидом: MgO + CO 2 = MgCO 3
5) основного оксида с кислотой CuO + H 2 SO 4 = CuSO 4 + H 2 O
6) основания с кислотным оксидом Ba(OH) 2 + CO 2 = BaCO 3 + H 2 O
7) основания с кислотой: Ca(OH) 2 + 2HCl = CaCl 2 + 2H 2 O
8) соли с кислотой: MgCO 3 + 2HCl = MgCl 2 + H 2 O + CO 2
BaCl 2 + H 2 SO 4 = BaSO 4 + 2HCl
9) раствора основания с раствором соли: Ba(OH) 2 + Na 2 SO 4 = 2NaOH + BaSO 4
10) растворов двух солей 3CaCl 2 + 2Na 3 PO 4 = Ca 3 (PO 4) 2 + 6NaCl
2.Получение кислых солей:
1. Взаимодействие кислоты с недостатком основания. KOH + H 2 SO 4 = KHSO 4 + H 2 O
2. Взаимодействие основания с избытком кислотного оксида
Ca(OH) 2 + 2CO 2 = Ca(HCO 3) 2
3. Взаимодействие средней соли с кислотой Ca 3 (PO 4) 2 + 4H 3 PO 4 = 3Ca(H 2 PO 4) 2
3.Получение основных солей:
1. Гидролиз солей, образованных слабым основанием и сильной кислотой
ZnCl 2 + H 2 O = Cl + HCl
2. Добавление (по каплям) небольших количеств щелочей к растворам средних солей металлов AlCl 3 + 2NaOH = Cl + 2NaCl
3. Взаимодействие солей слабых кислот со средними солями
2MgCl 2 + 2Na 2 CO 3 + H 2 O = 2 CO 3 + CO 2 + 4NaCl
4.Получение комплексных солей:
1. Реакции солей с лигандами: AgCl + 2NH 3 = Cl
FeCl 3 + 6KCN] = K 3 + 3KCl
5.Получение двойных солей:
1.Совместная кристаллизация двух солей:
Cr 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 + 24H 2 O = 2 + NaCl
4. Окислительно-восстановительные реакции, обусловленные свойствами катиона или аниона. 2KMnO 4 + 16HCl = 2MnCl 2 + 2KCl + 5Cl 2 + 8H 2 O
2.Химические свойства кислых солей:
1. Термическое разложение с образованием средней соли
Ca(HCO 3) 2 = CaCO 3 + CO 2 + H 2 O
2. Взаимодействие со щёлочью. Получение средней соли.
Ba(HCO 3) 2 + Ba(OH) 2 = 2BaCO 3 + 2H 2 O
3.Химические свойства основных солей:
1. Термическое разложение. 2 CO 3 = 2CuO + CO 2 + H 2 O
2. Взаимодействие с кислотой: образование средней соли.
Sn(OH)Cl + HCl = SnCl 2 + H 2 O
4.Химические свойства комплексных солей:
1. Разрушение комплексов за счёт образования малорастворимых соединений:
2Cl + K 2 S = CuS + 2KCl + 4NH 3
2. Обмен лигандами между внешней и внутренней сферами.
K 2 + 6H 2 O = Cl 2 + 2KCl
5.Химические свойства двойных солей:
1. Взаимодействие с растворами щелочей: KCr(SO 4) 2 + 3KOH = Cr(OH) 3 + 2K 2 SO 4
2. Восстановление: KCr(SO 4) 2 + 2H°(Zn, разб. H 2 SO 4) = 2CrSO 4 + H 2 SO 4 + K 2 SO 4
Сырьем для промышленного получения ряда солей-хлоридов, сульфатов, карбонатов, боратов Na, К, Са, Mg служат морская и океаническая вода, природные рассолы, образующиеся при ее испарении, и твердые залежи солей. Для группы минералов, образующих осадочные солевые месторождения (сульфатов и хлоридов Na, К и Mg), применяют условное название “природные соли”. Наиболее крупные месторождения калиевых солей находятся в России (Соликамск), Канаде и Германии, мощные залежи фосфатных руд - в Северной Африке, России и Казахстане, NaNO3 - в Чили.
Соли используют в пищевой, химической, металлургической, стекольной, кожевенной, текстильной промышленности, в сельском хозяйстве, медицине и т. д.
Основные виды солей
1.Бораты (оксобораты), соли борных кислот: метаборной НВО 2 , ортоборной Н 3 ВО 3 и не выделенных в свободном состоянии полиборных. По числу атомов бора в молекуле делятся на моно-, ди, тетра-, гексабораты и т. д. Бораты называют также по образующим их кислотам и по числу молей В 2 О 3 , приходящемуся на 1 моль основного оксида. Так различные метабораты могут быть названы моноборатами, если содержат анион В(ОН) 4 или цепочечный анион {ВО 2 } n n - диборатами - если содержат цепочечный сдвоенный анион { В 2 О 3 (OН) 2 } n 2n- триборатами - если содержат кольцевой анион (В 3 О 6) 3- .
Структуры боратов включают борокислородные группировки - “блоки”, содержащие от 1 до б, а иногда и 9 атомов бора например:
Координационное число атомов бора 3 (борокислородные треугольные группировки) или 4 (тетраэдричные группировки). Борокислородные группировки - основа не только островных, но и более сложных структур - цепочечных, слоистых и каркасных полимеризованных. Последние образуются в результате отщепления воды в молекулах гидратированных боратах и возникновения мостиковых связей через атомы кислорода; процесс иногда сопровождается разрывом связи В-О внутри полианионов. Полианионы могут присоединять боковые группы - борокислородные тетраэдры или треугольники, их димеры или посторонние анионы.
Аммоний, щелочные, а также и другие металлы в степени окисления +1 образуют чаще всего гидратированные и безводные метабораты типа МВО 2 , тетрабораты М 2 B 4 O 7 , пентабораты МB 5 O 8 , а также декабораты М 4 B 10 O 17 n H 2 O. Щелочноземельные и другие металлы в степени окисления + 2 дают обычно гидратированные метабораты, трибораты М 2 B 6 O 11 и гексабораты МB 6 O 10 . а также безводные мета-, орто- и тетрабораты. Для металлов в степени окисления + 3 характерны гидратированные и безводные ортобораты МВО 3 .
Бораты - бесцветные аморфные вещества или кристаллы (в основном с низко-симметричной структурой - моноклинной или ромбической). Для безводных боратов температуры плавления находятся в интервале от 500 до 2000 °С; наиболее высокоплавки метабораты щелочных и орто- и метабораты щелочноземельных металлов. Большинство боратов при охлаждении их расплавов легко образует стекла. Твердость гидратированных боратов по шкале Мооса 2-5, безводных-до 9.
Гидратированные монобораты теряют кристаллизационную воду до ~180°С, полибораты -при 300-500°С; отщепление воды за счет группОН, координированных вокруг атомов бора, происходит до ~750°С. При полном обезвоживании образуются аморфные веществава, которыерые при 500-800°C в большинстве случаев претерпевают “боратовую перегруппировку” -кристаллизацию, сопровождающуюся (для полиборатов) частичным разложением с выделением В 2 О 3 .
Бораты щелочных металлов, аммония и Т1(I) растворимы в воде (особенно мета- и пентабораты), в водных растворах гидролизуются (растворыры имеют щелочную реакцию). Большинство боратов легко разлагается кислотами, в некоторых случаях - при действии СО 2 ; и SO 2 ;. Бораты щелочно-земельных и тяжелых металлов взаимодействуют с растворами щелочей, карбонатов и гидрокарбонатов щелочных металлов. Безводные бораты химически более стойки, чем гидратированные. С некоторыми спиртами, в частности с глицерином, бораты образуют растворимые в воде комплексы. При действии сильных окислителей, в частности Н 2 О 2 , или при электрохимическом окислении бораты превращаются в пероксобораты.
Известно около 100 природных боратов, являющихся в основном солями Na, Mg, Ca, Fe.
Гидратированные бораты получают: нейтрализацией Н 3 ВО 3 оксидами, гидроксидами или карбонатами металлов; обменными реакциями боратов щелочных металлов, чаще всего Na, с солями других металлов; реакцией взаимного превращения малорастворимых боратов с водными растворами боратов щелочных металов; гидротермальными процессами с использованием галогенидов щелочных металлов в качестве минерализующих добавок. Безводные бораты получают сплавлением или спеканием В 2 О 3 с оксидами или карбонатами металлов или обезвоживанием гидратов; монокристаллы выращивают в растворах боратов в расплавленных оксидах, напр Вi 2 О 3 .
Бораты используют: для получения других соединений бора; как компоненты шихты при производстве стекол, глазурей, эмалей, керамики; для огнестойких покрытий и пропиток; как компоненты флюсов для рафинирования, сварки и пайки металле”; в качестве пигментов и наполнителей лакокрасочных материалов; как протравы при крашении, ингибиторы коррозии, компоненты электролитов, люминофоров и др. Наибольшее применение находят бура и кальция бораты.
2.Галогениды, химические соединения галогенов с др. элементами. К галогенидам обычно относят соединения, в которых атомы галогена имеют большую электроотрицательность, чем др. элемент. Галогенидов не образуют Не, Ne и Аг. К простым, или бинарным, галогенидам ЭХn (n - чаще всего целое число от 1 у моногалогенидов до 7 у IF 7 , и ReF 7 , но может 6ыть и дробным, например 7/6 у Bi 6 Cl 7) относят, в частности, соли галогеноводородных кислот и межгалогенные соединения (напр., галогенфториды). Существуют также смешанные галогениды, полигалогениды, гидрогалогениды, оксогалогениды, оксигалогениды, гидроксогалогениды, тиогалогениды и комплексные галогениды. Степень окисления галогенов в галогенидах обычно равна -1.
По характеру связи элемент-галоген простые галогениды подразделяют на ионные и ковалентные. В действительности связи имеют смешанный характер с преобладанием вклада той или иной составляющей. Галогениды щелочных и щелочно-земельных металлов, а также многие моно- и дигалогениды др. металов - типичные соли, в которых преобладает ионный характер связи. Большинство из них относительно тугоплавки малолетучи, хорошо растворимы а воде; в водных растворах почти полностью диссоциируют на ионы. Свойствами солей обладают также тригалогениды редкоземельных элементов. Растворимость в воде ионных галогенидов, как правило, уменьшается от иодидов к фторидам. Хлориды, бромиды и иодиды Ag + , Сu + , Hg + и Pb 2+ плохо растворимы в воде.
Увеличение числа атомов галогенов в галогенидах металлов или отношения заряда металла к радиусу его иона приводит к повышению ковалентной составляющей связи, снижению растворимости в воде и термической устойчивости галогенидов, увеличению от летучести, повышению окислит, способности и склонности к гидролизу. Эти зависимости наблюдаются для галогенидов металлов одного и того же периода и в ряду галогенидов одного и того же металла. Их легко проследить на примере термических свойств. Например, для галогенидов металлов 4-го периода температуры плавления и кипения составляют соответственно 771 и 1430°С для КС1, 772 и 1960°C для СаС1 2 , 967 и 975°С для ScCl 3 , -24,1 и 136°С для TiCl 4 . Для UF 3 температура плавления ~ 1500°С, UF 4 1036°C, UF 5 348°С, UF 6 64,0 °С. В рядах соединений ЭХn при неизменном n ковлентность связи обычно увеличивается при переходе от фторидов к хлоридам и уменьшается при переходе от последних к бромидам и иодидам. Так, для АlF 3 температура возгонки 1280°C, А1С1 3 180°С, температура кипения А1Вr 3 254,8 °С, АlI 3 407°С. В ряду ZrF 4 , ZrCl 4 ZrBr 4 , ZrI 4 температура возгонки равна соответственно 906, 334, 355 и 418°С. В рядах MFn и МС1n где М-металл одной подгруппы, ковалентность связи уменьшается с ростом атомной массы металла. Фторидов и хлоридов металлов с примерно одинаковым вкладом ионной и ковалентной составляющей связи немного.
Средняя энергия связи элемент-галоген уменьшается при переходе от фторидов к иодидам и с повышением n (см. табл.).
Многие металлы галогениды, содержащие изолированные или мостиковые атомы О (соответственно оксо-и оксигалогениды), например оксотрифторид ванадия VOF 3 , диоксифторид ниобия NbO 2 F, диоксодииодид вольфрама WO 2 I 2 .
Комплексные галогениды (галогенометаллаты) содержат комплексные анионы, в которых атомы галогенов являются лигандами, например гексахлороплатинат(IV) калия K 2 , гептафторотанталат(V) натрия Na, гексафтороарсенат(V) лития Li. Наибольшей термической устойчивостью обладают фторо-, оксофторо- и хлорометаллаты. По характеру связей к комплексным галогенидам близки ионные соединения с катионами NF 4 + , N 2 F 3 + , C1F 2 + , XeF + и др.
Для многих галогенидов характерны ассоциация и полимеризация в жидкой и газовой фазах с образованием мостиковых связей. Наиболее склонны к этому галогениды металлов I и II групп, AlCl 3 , пентафториды Sb и переходных металлов, оксофториды состава MOF 4 . Известны галогениды со связью металл-металл, напр. Cl-Hg-Hg-Cl.
Фториды значительно отличаются по свойствам от др. галогенидов. Однако в простых галогенидах эти отличия выражены менее резко, чем в самих галогенах, а в комплексных галогенидах - слабее, чем в простых.
Многие ковалентные галогениды (особенно фториды)- сильные кислоты Льюиса, напр. AsF 5 , SbF 5 , ВF 3 , А1С1 3 . Фториды входят в состав сверхкислот. Высшие галогениды восстанавливаются металлами и водородом, например:
5WF 6 + W = 6WF 5
TiCl 4 + 2Mg = Ti + 2MgCl 2
UF 6 + H 2 = UF 4 + 2HF
Галогенидs металлов V-VIII групп, кроме Сг и Мn, восстанавливаются Н 2 до металлов, например:
WF 6 + ЗН 2 = W + 6HF
Многие ковалентные и ионные галогениды металлов взаимодействуют между собой с образованием комплексных галогенидов, например:
КС1 + TaCl 5 = K
Более легкие галогены могут вытеснять более тяжелые из галогенидов. Кислород может окислять галогениды с выделением С1 2 , Вг 2 , и I 2 . Одна из характерных реакций ковалентных галогенидов взаимодействие с водой (гидролиз) или ее парами при нагревании (пирогидролиз), приводящее к образованию оксидов, окси- или оксогалогенидов, гидроксидов и галогеноводородов.
Галогениды получают непосредственно из элементов, взаимодействием галогеноводородов или галогеноводородных кислот с элементами, оксидами, гидроксидами или солями, а также обменными реакциями.
Галогениды широко используют в технике как исходные вещества для получения галогенов, щелочных и щелочно-земельных металлов, как компоненты стекол и др. неорганических материалов; они являются промежуточными продуктами в производстве редких и некоторых цветных металлов, U, Si, Ge и др.
В природе галогениды образуют отдельные классы минералов, в которых представлены фториды (напр., минералы флюорит, криолит) и хлориды (сильвин, карналлит). Бром и иод входят в состав некоторых минералов в виде изоморфных примесей. Значительные количества галогенидов содержатся в воде морей и океанов, в соляных и подземных рассолах. Некоторые галогениды, например NaCl, KC1, СаCl 2 , входят в состав живых организмов.
3.Карбонаты (от лат. carbo, род. падеж carbonis уголь), соли угольной кислоты. Существуют средние карбонаты с анионом СО 3 2- и кислые, или гидрокарбонаты (устар. бикарбонаты), с анионом НСО 3 - . Карбонаты - кристаллические вещества. Большинство средних солей металлов в степени окисления + 2 кристаллизуется в гексагон. решетке типа кальцита или ромбическог типа арагонита.
Из средних карбонатов в воде растворяются только соли щелочных металлов, аммония и Тl(I). В результате значитильного гидролиза их растворыры имеют щелочную реакцию. Наиболее трудно растворимы карбонаты металлов в степени окисления + 2. Напротив, все гидрокарбонаты хорошо растворимы в воде. При обменных реакциях в водных растворах между солями металлов и Na 2 CO 3 осадки средних карбонатов образуются в тех случаях, когда их растворимость значительно меньше, чем соответствующих гидроксидов. Это имеет место для Са, Sr и их аналогов, лантаноидов, Ag(I), Mn(II), Pb(II) и Cd(II). Остальные катионы при взаимодействии с растворенными карбонатами в результате гидролиза могут давать не средние, а основные крабонаты или даже гидроксиды. Средние крабонаты, содержащие многозарядные катионы, иногда удается осадить из водных растворов в присутствии большого избытка СО 2 .
Химические свойства карбонатов обусловлены их принадлежностью к классу неорганических солей слабых кислот. Характерные особенности карбонатов связаны с их плохой растворимостью, а также термической нестойкостью как самих крабонатов, так и Н 2 СО 3 . Эти свойства используются при анализе крабонатов, основанном либо на их разложении сильными кислотами и количественном поглощении выделяющегося при этом СО 2 раствором щелочи, либо на осаждении иона СO 3 2- из раствора в виде ВаСО 3 . При действии избытка СО 2 на осадок среднего карбоната в растворе образуется гидрокарбонат, например: СаСО 3 + Н 2 O + CO 2 = Ca(HCO 3) 2 . Присутствие гидрокарбонатов в природной воде обусловливает ее временную жесткость. Гидрокарбонаты при легком нагревании уже при низких температурах вновь превращаются в средние карбонаты, которые при нагревании разлагаются до оксида и СО 2 . Чем активнее металл, тем выше температура разложения его карбоната. Так, Na 2 CO 3 плавится без разложения при 857 °С, а для карбонатов Са, Mg и А1 равновесные давления разложения достигают 0,1 МПа при температурах соответственно 820, 350 и 100 °С.
Карбонаты весьма широко распространены в природе, что обусловлено участием СО 2 и Н 2 O в процессах минералообразования. карбонаты играют большую роль в глобальных равновесиях между газообразным СО 2 в атмосфере, растворенным СО 2 ;
и ионами НСО 3 - и СО 3 2- в гидросфере и твердыми солями в литосфере. Важнейшие минералы - кальцит СаСО 3 , магнезит MgCO 3 , сидерит FeСО 3 , смитсонит ZnСО 3 и нек-рые др. Известняк состоит в основном из кальцита или кальцитовых скелетных остатков организмов, редко из арагонита. Известны также природные гидратированные карбонаты щелочных металлов и Mg (напр., МgСО 3 ЗН 2 О, Nа 2 СО 3 10Н 2 О), двойные карбонаты [например, доломит CaMg(CO 3) 2 , трона Na 2 CO 3 NaHCO 3 2H 2 O] и основные [малахит CuCO 3 Cu(OH) 2 , гидроцеруссит 2РbСО 3 Pb(ОН) 2 ].
Наиболее важны калия карбонат, кальция карбонат и натрия карбонат. Многие природные карбонаты весьма ценные металлические руды (напр., карбонаты Zn, Fe, Mn, Pb, Cu). Гидрокарбонаты выполняют важную физиологическую роль, являясь буферными веществами, регулирующими постоянство рН крови.
4.Нитраты, соли азотной ккислотыты HNO 3 . Известны почти для всех металлов; существуют как в виде безводных солей М(NO 3)n (n - степень окисления металла М), так и в виде кристаллогидратов М(NO 3)n x Н 2 O (х = 1-9). Из водных растворов при температуре, близкой к комнатной, только нитраты щелочных металлов кристаллизуются безводными, остальные - в виде кристаллогидратов. Физико-химические свойства безводного и гидратированного нитрата одного и того же металла могут сильно отличаться.
Безводные кристаллические соединения нитратов d-элементов окрашены. Условно нитраты могут быть разделены на соединения с преимущественно ковалентным типом связи (соли Be, Cr, Zn, Fe и др. переходных металлов) и с преимущественно ионным типом связи (соли щелочных и щелочно-земельных металлов). Для ионных нитратов характерны более высокая термическая устойчивость, преобладание кристаллических структур более высокой симметрии (кубической) и отсутствие расщепления полос нитрат-иона в ИК спектрах. Ковалентные нитраты имеют более высокую растворимость в органических растворителях, более низкую термическую устойчивость, их ИК спектры носят более сложный характер; некоторые ковалентные нитраты летучи при комнатной температуре, а при растворении в воде частично разлагаются с выделением оксидов азота.
Все безводные нитраты проявляют сильные окислительные свойства, обусловленные присутствием иона NO 3 - , при этом их окислительная способность возрастает при переходе от ионных к ковалентным нитратам. Последние разлагаются в интервале 100-300°С, ионные - при 400-600°С (NaNO 3 , КNO 3 и некоторые др. при нагревании плавятся). Продуктами разложения в твердой и жидкой фазах. являются последовательно нитриты, оксонитраты и оксиды, иногда - свободные металлы (когда оксид неустойчив, напр. Ag 2 O), а в газовой фазе - NO, NO 2 , О 2 и N 2 . Состав продуктов разложения зависит от природы металла и его степени окисления, скорости нагревания, температуры, состава газовой среды и др. условий. NH 4 NO 3 детонирует, а при быстром нагревании может разлагаться со взрывом, в этом случае образуются N 2 , О 2 и Н 2 О; при медленном нагревании разлагается на N 2 Ои Н 2 О.
Свободный ион NO 3 - в газовой фазе имеет геометрическое строение равностороннего треугольника с атомом N в центре, углы ONO ~ 120° и длины связей N-О 0,121 нм. В кристаллических и газообразных нитратах ион NO 3 - в основном сохраняет свою форму и размеры, что определяет пространств, строение нитратов. Ион NO 3 - может выступать как моно-, би-, тридентатный или мостиковый лиганд, поэтому нитраты характеризуется большим разнообразием типов кристаллических структур.
Переходные металлы в высоких степенях окисления из-за стерич. затруднений не могут образовывать безводные нитраты, и для них характерны оксонитраты, например UO 2 (NO 3) 2 , NbO(NO 3) 3 . Нитраты образуют большое количество двойных и комплексных солей с ионом NО 3 - во внутренней сфере. В водных средах в результате гидролиза катионы переходных металлов образуют гидроксонитраты (основные нитраты) переменного состава, которые могут быть выделены и в твердом состоянии.
Гидратированные нитраты отличаются от безводных тем, что в их кристаллических структурах ион металла в большинстве случаев связан с молекулами воды, а не с ионом NO 3 . Поэтому они лучше, чем безводные нитраты, растворяются в воде, но хуже - в органических растворителях, более слабые окислители, инконгруэнтно плавятся в кристаллизационной воде в интервале 25-100°С. При нагревании гидратированных нитратов безводные нитраты, как правило, не образуются, а происходит термолиз с образованием гидроксонитратов и затем оксонитратов и оксидов металлов.
По многим своим химическим свойствам нитраты аналогичны др. неорганическим солям. Характерные особенности нитратов обусловленны их очень высокой растворимостью в воде, низкой термической устойчивостью и способностью окислять органические и неорганические соединения. При восстановлении нитратов образуется смесь азотсодержащих продуктов NO 2 , NO, N 2 O, N 2 или NH 3 с преобладанием одного из них в зависимости от вида восстановителя, температуры, реакции среды и др. факторов.
Промышленные методы получения нитратов основаны на поглощении NH 3 растворами HNO 3 (для NH 4 NO 3) или на поглощении нитрозных газов (NO + NO 2) растворами щелочей или карбонатов (для нитратов щелочных металлов, Са, Mg, Ba), а также на разнообразных обменных реакциях солей металлов с HNO 3 или нитратами щелочных металлов. В лаборатории для получения безводных нитратов используют реакции переходных металлов или их соединений с жидким N 2 O 4 и его смесями с органическими растворителями либо реакции с N 2 O 5 .
Нитраты Na, К (натриевая и калиевая селитры) встречаются в виде природных залежей.
Нитраты применяют во многих отраслях промышленности. Аммония нитрит (аммиачная селитра) - основное азотсодержащее удобрение; в качестве удобрений используют также нитраты щелочных металлов и Са. Нитраты - компоненты ракетных топлив, пиротехнических составов, травильных растворов при крашении тканей; их используют для закалки металлов, консервации пищевых продуктов, как лекарственные средства и для получения оксидов металлов.
Нитраты токсичны. Вызывают отек легких, кашель, рвоту, острую сердечно-сосудистую недостаточность и др. Смертельная доза нитратов для человека 8-15 г, допустимое суточное потребление 5 мг/кг. Для суммы нитратов Na, К, Са, NH3 ПДК: в воде 45 мг/л", в почве 130 мг/кг (класс опасности 3); в овощах и фруктах (мг/кг)-картофель 250, капуста белокочанная поздняя 500, морковь поздняя 250, свекла 1400, лук репчатый 80, кабачки 400, дыни 90, арбузы, виноград, яблоки, груши 60. Несоблюдение агротехнических рекомендаций, избыточное внесение удобрений резко увеличивает содержание нитратов в с.-х. продуктах, поверхностном стоке с полей (40-5500 мг/л), грунтовых водах.
5.Нитриты, соли азотистой кислоты НNО 2 . Используют прежде всего нитриты щелочных металлов и аммония, меньше - щелочно-земельных и Зd -металлов, Рb и Ag. О ннитритах остальных металлов имеются только отрывочные сведения.
Нитриты металлов в степени окисления +2 образуют кристалогидраты с одной, двумя или четырьмя молекулами воды. Нитриты образуют двойные и тройные соли, напр. CsNO 2 AgNO 2 или Ba(NO 2) 2 Ni(NO 2) 2 2KNO 2 , а также комплексные соединения, например Na 3 .
Кристаллические структуры известны лишь для нескольких безводных нитритов. Анион NO 2 имеет нелинейную конфигурацию; угол ONO 115°, длина связи Н-О 0,115 нм; тип связи М-NO 2 ионно-ковалентный.
Хорошо растворимы в воде нитриты К, Na, Ba, плохо - нитриты Ag, Hg, Сu. С повышением температуры растворимость нитритов увеличивается. Почти все нитриты плохо растворимы в спиртах, эфирах и малополярных растворителях.
Нитриты термически малоустойчивы; плавятся без разложения только нитриты щелочных металлов, нитриты остальных металлов разлагаются при 25-300 °С. Механизм разложение нитритов сложен и включает ряд параллельно-последовательных реакций. Основные газообразные продукты разложения - NO, NO 2 , N 2 и О 2 , твёрдые - оксид металла или элементный металл. Выделение большого количества газов обусловливает взрывное разложение некоторых нитритов, например NH 4 NO 2 , который разлагается на N 2 и Н 2 О.
Характерные особенности нитритов связаны с их термической нестойкостью и способностью нитрит-иона быть как окислителем, так и восстановителем, в зависимости от среды и природы реагентов. В нейтральной среде нитриты обычно восстанавливаются до NO, в кислой окисляются до нитратов. Кислород и СО 2 не взаимодействуют с твердыми нитритами и их водными растворами. Нитриты способствуют разложению азотсодержащих органических веществ, в частности аминов, амидов и др. С органическими галогенидами RXН. реагируют с образованием как нитритов RONO, так и нитросоединений RNO 2 .
Промышленное получение нитритов основано на абсорбции нитрозного газа (смеси NO + NO 2) растворами Na 2 CO 3 или NaOH с последовательной кристализацией NaNO 2 ; нитриты остальных металлоов в промышленности и лабораториях получают обменной реакцией солей металлов с NaNO 2 или восстановлением нитратов этих металлов.
Нитриты применяют для синтеза азокрасителей, в производстве капролактама, в качестве окислителей и восстановителей в резинотехнической, текстильной и металлообрабатывающей промышленности, как консерванты пищевых продуктов. Нитриты например NaNО 2 и KNO 2 , токсичны, вызывают головную боль, рвоту, угнетают дыхание и т.д. При отравлении NaNO 2 в крови образуется метгемоглобин, повреждаются мембраны эритроцитов. Возможно образование нитрозаминов из NaNO 2 и аминов непосредственно в желудочно-кишечном тракте.
6.Сульфаты, соли серной кислоты. Известны средние сульфаты с анионом SO 4 2- кислые, или гидросульфаты, с анионом HSO 4 - , основные, содержащие наряду с анионом SO 4 2- - группы ОН, например Zn 2 (OH) 2 SO 4 . Существуют также двойные сульфаты, включающие два различных катиона. К ним относят две большие группы сульфатов - квасцы, а также шениты M 2 Э(SO 4) 2 6H 2 O, где М-однозарядный катион, Э - Mg, Zn и другие двухзарядные катионы. Известен тройной сульфат K 2 SO 4 MgSO 4 2CaSO 4 2H 2 O(минерал полигалит), двойные основные сульфаты, например минералы групп алунита и ярозита M 2 SO 4 Al 2 (SO 4) 3 4Al(OH 3 и M 2 SO 4 Fe 2 (SO 4) 3 4Fe(OH) 3 , где М - однозарядный катион. Сульфаты могут входить в состав смешанных солей, напр. 2Na 2 SO 4 Na 2 CO 3 (минерал беркеит), MgSO 4 KCl 3H 2 O (каинит).
Сульфаты - кристаллические вещества, средние и кислые в большенстве случаев хорошо растворимы в воде. Малорастворимы сульфаты кальции, стронция, свинца и некоторые др., практически нерастворимы BaSO 4 , RaSO 4 . Основные сульфаты, как правило, малорастворимы или практически нерастворимы, или гидролизуются водой. Из водных растворов сульфаты могут кристаллизоваться в виде кристаллогидратов. Кристаллогидраты некоторых тяжелых металлов называются купоросами; медный купорос СuSO 4 5H 2 O, железный купорос FeSO 4 7Н 2 О.
Средние сульфаты щелочных металлов термически устойчивы, в то время как кислые сульфаты при нагревании разлагаются, превращаясь в пиросульфаты: 2KHSO 4 = Н 2 О + K 2 S 2 O 7 . Средние сульфаты др. металлов, а также основные сульфаты при нагревании до достаточно высоких температур, как правило, разлагаются с образованием оксидов металлов и выделением SO 3 .
Сульфаты широко распространены в природе. Они встречаются в виде минералов, например гипс CaSO 4 H 2 O, мирабилит Na 2 SO 4 10Н 2 О, а также входят в состав морской и речной воды.
Многие сульфаты могут быть получены при взаимодействии H 2 SO 4 с металлами, их оксидами и гидроксидами, а также разложением солей летучих кислот серной кислотой.
Неорганические сульфаты находят широкое применение. Например, аммония сульфат -азотное удобрение, натрия сульфат используют в стекольной, бумажной промышленности, производстве вискозы и др. Природные сульфатные минералы - сырье дм промышленного получения соединений различных металлов, строит, материалов и др.
7.Сульфиты, соли сернистой кислоты H 2 SO 3 . Различают средние сульфиты с анионом SO 3 2- и кислые (гидросульфиты) с анионом HSO 3 - . Средние сульфиты - кристаллические вещества. Сульфиты аммония и щелочных металлов хорошо растворимы в воде; растворимость (г в 100 г): (NH 4) 2 SO 3 40,0 (13 °С), К 2 SО 3 106,7 (20 °С). В водных растворах образуют гидросульфиты. Сульфиты щелочно-земельных и некоторых др. металлов практически не растворимы в воде; растворимость MgSO 3 1 г в 100 г (40°С). Известны кристаллогидраты (NH 4) 2 SO 3 Н 2 O, Na 2 SO 3 7H 2 O, К 2 SO 3 2Н 2 O, MgSO 3 6H 2 O и др.
Безводные сульфиты при нагревании без доступа воздуха в запаянных сосудах диспропорционируют на сульфиды и сульфаты, при нагревании в токе N 2 теряют SO 2 , а при нагревании на воздухе легко окисляются до сульфатов. С SO 2 в водной среде средние сульфиты образуют гидросульфиты. Сульфиты - относительно сильные восстановители, окисляются в растворах хлором, бромом, Н 2 О 2 и др. до сульфатов. Разлагаются сильными кислотами (например, НС1) с выделением SO 2 .
Кристаллические гидросульфиты известны для К, Rb, Cs, NH 4 + , они малоустойчивы. Остальные гидросульфиты существуют только в водных растворах. Плотность NH 4 HSO 3 2,03 г/см 3 ; растворимость в воде (г в 100 г): NH 4 HSО 3 71,8 (0°С), КНSO 3 49 (20 °С).
При нагревании кристаллических гидросульфитов Na или К либо при насыщении SO 2 кишящего раствора пульпы M 2 SO 3 , образуются пиросульфиты (устаревшее -метабисульфиты) М 2 S 2 O 5 - соли неизвестной в свободном состоянии пиросернистой кислоты H 2 S 2 O 5 ; кристаллы, малоустойчивы; плотность (г/см 3): Na 2 S 2 O 5 1,48, К 2 S 2 O 5 2,34; выше ~ 160 °С разлагаются с выделением SO 2 ; растворяются в воде (с разложением до HSO 3 -), растворимость (г в 100 г): Na 2 S 2 O 5 64,4, К 2 S 2 O 5 44,7; образуют гидраты Na 2 S 2 O 5 7H 2 O и ЗК 2 S 2 O 5 2Н 2 О; восстановители.
Средние сульфиты щелочных металлов получают взаимодействием водного раствора М 2 СО 3 (или МОН) с SO 2 , a MSO 3 - пропусканием SO 2 через водную суспензиюMCO 3 ; используют в основном SO 2 из отходящих газов контактных сернокислотных производств. Сульфиты применяют при отбеливании, крашении и печатании тканей, волокон, кож для консервирования зерна, зеленых кормов, кормовых промышленных отходов (NaHSO 3 ,
Na 2 S 2 О 5). CaSO 3 и Са(НSO 3) 2 - дезинфицирующие средства в виноделии и сахарной промышленности. NaНSO 3 , MgSO 3 , NН 4 НSO 3 - компоненты сульфитного щелока при варке целлюлозы; (NH 4) 2 SO 3 - поглотитель SO 2 ; NaHSO 3 - поглотитель H 2 S из отходящих газов производств, восстановитель в производстве сернистых красителей. K 2 S 2 O 5 - компонент кислых фиксажей в фотографии, антиоксидант, антисептик.
Методы разделения смесей
Фильтрование, разделение неоднородных систем жидкость - твердые частицы (суспензии) и газ - твердые частицы при помощи пористых фильтровальных перегородок (ФП), пропускающих жидкость или газ, но задерживающих твердые частицы. Движущая сила процесса - разность давлений по обе стороны ФП.
При разделении суспензий твердые частицы обычно образуют на ФП слой влажного осадка, который при необходимости промывают водой или др. жидкостью, а также обезвоживают, продувая через него воздух или другой газ. Фильтрование производят при постоянной разности давлений или при постоянной скорости процесса w (кол-во фильтрата в м 3 , проходящее через 1 м 2 поверхности ФП в единицу времени). При постоянной разности давлений суспензию подают на фильтр под действием вакуума или избыточного давления, а также поршневым насосом; при использованние центробежного насоса разность давлений повышается, а скорость процесса понижается.
В зависимости от концентрации суспензий различают несколько видов фильтрования. При концентрации более 1% фильтрование происходит с образованием осадка, а при концентрации менее 0,1% - с закупориванием пор ФП (осветление жидкостей). Если на ФП не образуется достаточно плотный слой осадка и в фильтрат попадают твердые частицы, фильтруют с использованием тонкодисперсных вспомогательных материалов (диатомит, перлит), которые предварительно наносят на ФП или добавляют к суспензии. При начальной концентрации менее 10% возможно частичное разделение и сгущение суспензий.
Различают фильтры непрерывного и периодического действия. Для последних основные стадии работы - фильтрование, промывка осадка, его обезвоживание и разгрузка. При этом применима оптимизация по критериям наибольшей производительности и наименьших затрат. Если промывку и обезвоживание не производят, a гидравлическим сопротивлением перегородки можно пренебречь, то наибольшая производительность достигается, когда время фильтрования равно продолжительности вспомогательных операций.
Применимы гибкие ФП из хлопчато-бумажных, шерстяных, синтетических и стеклянных тканей, а также нетканые ФП из природных и синтетических волокон и негибкие - керамические, металлокерамические и пенопластовые. Направления движения фильтрата и действия силы тяжести могут быть противоположными, совпадать или быть взаимно перпендикулярными.
Конструкции фильтров разнообразны. Одна из наиболее распространенных - вращающийся барабанный вакуум-фильтр (см. рис.) непрерывного действия, в котором направления движения фильтрата и действия силы тяжести противоположны. Секция распределительного устройства соединяет зоны I и II с источником вакуума и зоны III и IV - с источником сжатого воздуха. Фильтрат и промывная жидкость из зон I и II поступают в отдельные приемники. Получил распространение также автоматизированный фильтрпресс периодического действия с горизонтальными камерами, фильтровальной тканью в виде бесконечной ленты и эластичными мембранами для обезвоживания осадка прессованием. На нем выполняются чередующиеся операции заполнения камер суспензией, фильтрования, промывки и обезвоживания осадка, разъединения соседних камер и удаление осадка.
