Соли и основания

Соли

СОЛИ, класс химических соединений. Общепринятого определения понятия “Соли”, так же как и терминов “кислоты и основания”, продуктами взаимодействием которых соли являются, в настоящее время не существует. Соли могут рассматриваться как продукты замещения протонов водорода кислоты на ионы металлов, NH4+, СН3NН3+ и др. катионы или групп ОН основания на анионы кислот (напр., Cl-, SO42-).

Классификация

Продуктами полного замещения являются средние соли, например. Na2SO4, MgCl2, неполного-кислые или основные соли, например KHSO4, СuСlOН. Различают также простые соли, включающие один вид катионов и один вид анионов (например, NaCl), двойные соли содержащие два вида катионов (например, KAl(SO4)2 •12H2O), смешанные соли, в составе которых два вида кислотных остатков (например, AgClBr). Комплексные соли содержат комплексные ионы, например K4[Fe(CN)6].

Физические свойства

Типичные соли - кристаллические вещества с ионной структурой, например CsF Существуют также ковалентные соли, например АlСl3. В действительности характер химической связи ,v многих солей смешанный.

По растворимости в воде различают растворимые, мало растворимые и практически нерастворимые соли. К растворимым относятся почти все соли натрия, калия и аммония, многие нитраты, ацетаты и хлориды, за исключением солей поливалентных металлов, гидролизующихся в воде, многие кислые соли.

Общие способы синтеза солей.

1. Получение средних солей:

1) металла с неметаллом: 2Na + Cl2 = 2NaCl

2) металла с кислотой: Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2

3) металла с раствором соли менее активного металла Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu

4) основного оксида с кислотным оксидом: MgO + CO2 = MgCO3

5) основного оксида с кислотой CuO + H2SO4= CuSO4 + H2O

6) основания с кислотным оксидом Ba(OH)2 + CO2 = BaCO3 + H2O

7) основания с кислотой: Ca(OH)2 + 2HCl = CaCl2 + 2H2O

8) соли с кислотой: MgCO3 + 2HCl = MgCl2 + H2O + CO2

BaCl2 + H2SO4 = BaSO4 + 2HCl

9) раствора основания с раствором соли: Ba(OH)2 + Na2SO4 = 2NaOH + BaSO4

10) растворов двух солей 3CaCl2 + 2Na3PO4 = Ca3(PO4)2 + 6NaCl

2. Получение кислых солей:

1. Взаимодействие кислоты с недостатком основания. KOH + H2SO4 = KHSO4 + H2O

2. Взаимодействие основания с избытком кислотного оксида

Ca(OH)2 + 2CO2 = Ca(HCO3)2

3. Взаимодействие средней соли с кислотой Ca3(PO4)2 + 4H3PO4 = 3Ca(H2PO4)2

3. Получение основных солей:

1. Гидролиз солей, образованных слабым основанием и сильной кислотой

ZnCl2 + H2O = [Zn(OH)]Cl + HCl

2. Добавление (по каплям) небольших количеств щелочей к растворам средних солей металлов AlCl3 + 2NaOH = [Al(OH)2]Cl + 2NaCl

3. Взаимодействие солей слабых кислот со средними солями

2MgCl2 + 2Na2CO3 + H2O = [Mg(OH)]2CO3 + CO2 + 4NaCl

4. Получение комплексных солей:

1. Реакции солей с лигандами: AgCl + 2NH3 = [Ag(NH3)2]Cl

FeCl3 + 6KCN] = K3[Fe(CN)6] + 3KCl

5. Получение двойных солей:

1. Совместная кристаллизация двух солей:

Cr2(SO4) 3 + K2SO4 + 24H2O = 2[KCr(SO4) 2 • 12H2O[

Химические свойства.

1. Химические свойства средних солей:

1. Термическое разложение. CaCO3 = CaO + CO2

2Cu(NO3)2 = 2CuO + 4NO2 + O2

NH4Cl = NH3 + HCl

2. Гидролиз. Al2S3 + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2S

FeCl3 + H2O = Fe(OH)Cl2 + HCl

Na2S + H2O = NaHS +NaOH

3. Обменные реакции с кислотами, основаниями и другими солями.

AgNO3 + HCl = AgCl + HNO3

Fe(NO3)3 + 3NaOH = Fe(OH)3 + 3NaNO3

CaCl2 + Na2SiO3 = CaSiO3 + 2NaCl

AgCl + 2Na2S2O3 = Nа3[Ag(S2O3) 2] + NaCl

4. Окислительно-восстановительные реакции, обусловленные свойствами катиона или аниона. 2KMnO4 + 16HCl = 2MnCl2 + 2KCl + 5Cl2 + 8H2O

2. Химические свойства кислых солей:

Термическое разложение с образованием средней соли

Ca(HCO3)2 = CaCO3 + CO2 + H2O

Взаимодействие со щёлочью. Получение средней соли.

Ba(HCO3)2 + Ba(OH)2 = 2BaCO3 + 2H2O

3. Химические свойства основных солей:

Термическое разложение. [Cu(OH)]2CO3 = 2CuO + CO2  + H2O

Взаимодействие с кислотой: образование средней соли.

Sn(OH)Cl + HCl = SnCl2 + H2O

4. Химические свойства комплексных солей:

1. Разрушение комплексов за счёт образования малорастворимых соединений:

2[Cu(NH3)2]Cl + K2S = CuS + 2KCl + 4NH3

2. Обмен лигандами между внешней и внутренней сферами.

K2[CoCl4] + 6H2O = [Co(H2O)6]Cl2 + 2KCl

5. Химические свойства двойных солей:

Взаимодействие с растворами щелочей: KCr(SO4)2 + 3KOH = Cr(OH)3 + 2K2SO4

2. Восстановление: KCr(SO4)2 + 2H°(Zn, разб. H2SO4) = 2CrSO4 + H2SO4 + K2SO4

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.

Основания

      Основаниями – называют гидроксиды, которые диссоциируют (распадаются) на гидроксильную группу и положительно заряженный катион. Часто основаниями называют металлосодержащие химические соединения, в которых каждый атом металла связан с одной или несколькими  гидроксогруппами, например NaOH, Ca(OH)2 и т.п. Однако класс оснований не ограничивается гидроксидами металлов. Понятие «основание» более сложное, оно возникает из рассмотрения кислотно-основных химических равновесий. В реакциях:

OH + H2SO4  HSO4 + H2O

CH3COOH + NH3  CH3COO + NH4

Серная и уксусная кислоты взаимодействуют с основаниями, отдавая им протон H+. Вещества, стремящиеся принять протон, называются основаниями (определение Й. Бренстенда, 1923). С точки зрения теории электролитической диссоциации (Сванте Август Аррениус) даётся определение и описывается свойства оснований: основаниями называются электролиты, при диссоциации которых в качестве анионов образуются только гидроксид-ионы:

Ca(OH)2  CaOH + OH

CaOH  Ca + OH

Классификация оснований. По степени диссоциации различают слабые основания, например NH4OH и сильные основания, например NaOH, Ca(OH)2. Хорошо растворимые в воде основания называются щёлочами. Основания бывают растворимы и практически не растворимые. Нейтрализация – это реакция кислот с основаниями, приводящая к образованию солей:

HCl + NaOH NaCl + H2O

H3PO4 + 3KOH K3PO4 + 3H2O

     Реакцию нейтрализации обычно проводят титрованием – постепенным добавлением раствора одного из реагентов к раствору другого, например раствора соляной кислоты HCl к раствору гидроксида натрия NaOH. Реакции нейтрализации помогают определить в лаборатории свойства растворимых гидроксидов, если они вступают в реакцию нейтрализации со щелочами, их относят к кислотам; если реагируют с кислотами, то относят к основаниям. Основания с 1, 2, 3 гидроксильными группами называют соответственно одно-, двух-, трёхосновными. Число гидроксогрупп определяется валентностью металла. Например: - гидроксид калия, 2  - гидроксид бария. Если металл имеет переменную валентность, то последнюю указывают в названии основания римскими цифрами в скобочках. Например: Cu(OH)2 – гидроксид меди (II), Fe(OH)3 – гидроксид железа (III). Не полностью диссоциирующие при растворении в воде основания называют, как кислоты, слабыми. К сильным основаниям относятся гидрооксия калия  KOH, натрия NaOH, бария Ba(OH)2

Физические свойства . Большинство оснований – твёрдые вещества с различной растворимостью в воде. Согласно определению Бренстенда, основные свойства вещества зависят от партнёра – кислоты:

OH + H2SO4  HSO4 + H2O

Чем сильнее кислота, тем легче основание принимает протон (верно так же и обратное определение). Так, вода или уксусная кислота в присутствии сильных кислот ведут себя как основания:

H2SO4 + H2O  HSO4 + H3O

H2SO4 + CH3COOH  HSO4 + CH3COOH2.

     Металлы, атомы которых входят в состав нерастворимых в воде оснований, а также их оксиды с водой при обычных условиях не реагируют.

Химические свойства. Растворимые и не растворимые основания имеют общее свойство: они реагируют с кислотами с образованием соли и воды. Чтобы опытным путём познакомиться с этими реакциями, надо знать, как в растворе обнаружить щелочь и кислоту. Растворы щелочей и кислот по-разному изменяют цвет индикаторов. Индикаторами можно обнаружить не только кислую и щелочную среду, но и нейтральную.

По изменению окраски индикаторов можно судить о ходе реакции между кислотой и щёлочью. Например, если в химический стакан с раствором гидроксида натрия добавить несколько капель раствора индикатора, например, фенолфталеина, то раствор станет малиновым. Затем из бюретки следует малыми порциями прилить раствор соляной кислоты, пока не произойдёт обесцвечивание. Следовательно, раствор становится нейтральным, т.е. в нём нет ни щёлочи, ни кислоты. После выпаривания полученного раствора остаётся твёрдое вещество – хлорид натрия NaCl:

NaOH + HCl H2O + NaCl

     Элементы, гидроксиды которых проявляют свойства оснований и располагаются они слева внизу в периодической системе химических элементов. Особенно ярко эти свойства заметны у щелочных металлов.

     Кроме общих свойств, щелочи и нерастворимые в воде основания обладают также и отличительными свойствами. Нерастворимые в воде основания, как правило, термически нестойкие – разлагаются при нагревании. Например, при нагревании голубого осадка гидроксида меди (II) образуются вещество чёрного цвета – это оксид меди (II) и вода:

Cu(OH)2 CuO + H2O

     Щёлочи в отличие от нерастворимых оснований при умеренном нагревании обычно не разлагаются. Их растворы действуют на индикаторы, разъедают многие органические вещества, реагируют с кислотами, растворами некоторых солей и кислотными оксидами. Например, при пропускании оксида углерода (IV) через известковую воду – раствор Ca(OH)2 – происходит её помутнение:

Ca(OH)2 + CO2 CaCO3+ H2O

     Если основания будут воздействовать на соли, то происходит образование гидроксидов:

FeCl3 + 3KOH = Fe(OH)3 + 3KCl

CH3COOK + HCl = CH3COOH + KCl

Получение оснований. Растворимые в воде основания (щелочи) в лаборатории можно получить при взаимодействии активных металлов и их оксидов с водой:

3Li + 2HOH 2LiOH + H2

     Взаимодействие оксида кальция CaO с водой используется также в технике для получения гашёной извести, основной составной частью которой является гидроксид кальция Ca(OH)2. Этот процесс можно изобразить так:

CaO + HOH Ca(OH)2

     Щёлочи – гидроксид натрия NaOH и гидроксид калия KOH – в технике получают электролизом водных растворов хлорида натрия NaCl и хлорида калия KCl.

     Для получения нерастворимого в воде основания, нам уже известно, что кроме оксидов и оснований, атомы металлов входят также в состав солей. Так атомы меди входят в состав CuO, Cu(OH)2, а также в составе солей, например хлорида меди (II) CuCl2 и сульфата меди (II) CuSO4. Но можно в этих солях кислотные остатки – Cl и =SO4 заменить гидроксогруппами – OH. С этой целью к раствору хлорида меди (II) CuCl2 добавляют раствор гидроксида натрия NaOH. Тотчас же выпадает голубой осадок гидроксида меди (II) Cu(OH)2. Уравнения реакции можно записать так:

CuCl2 + 2NaOH Cu(OH)2 + 2NaCl

     Такие реакции относят к реакциям обмена. Реакциями обмена называют реакции между двумя сложными веществами, в ходе которых они обмениваются составными частями.