Составление формул солей
Чтобы составить формулу соли, нужно определить катион и анион, записать их заряды и подобрать такие индексы, чтобы суммарный заряд вещества был равен нулю. Этот алгоритм помогает распознавать соли в перечнях формул и составлять формулы по названию или по ионам.
Что называют солью
Соль — это сложное вещество, состоящее из положительно заряженных ионов металла или иона аммония \(\mathrm{NH_4^+}\) и отрицательно заряженных ионов кислотного остатка. В обычной, или средней, соли водород кислотного остатка полностью заменён на металл или аммоний. Подробнее виды таких веществ разобраны на странице «Соли», а особенности средних солей — на странице «Средние соли».
Соль — ионное соединение, в состав которого входят катионы металла или \(\mathrm{NH_4^+}\) и анионы кислотных остатков. Например, \(\mathrm{NaCl}\) состоит из \(\mathrm{Na^+}\) и \(\mathrm{Cl^-}\), а \(\mathrm{CaCO_3}\) — из \(\mathrm{Ca^{2+}}\) и \(\mathrm{CO_3^{2-}}\).
Формула соли должна быть электрически нейтральной: сумма положительных зарядов всех катионов равна сумме отрицательных зарядов всех анионов. Это главное правило составления формул. В отличие от соли, формулы кислот обычно начинаются с водорода, а формулы оснований содержат гидроксид-ион \(\mathrm{OH^-}\). О диссоциации этих классов можно прочитать на страницах «Диссоциация кислот» и «Диссоциация оснований».
Алгоритм составления формулы
- Определите катион и анион. Катион обычно записывают первым, кислотный остаток — вторым.
- Запишите заряды ионов над их символами: например, \(\mathrm{Al^{3+}}\) и \(\mathrm{SO_4^{2-}}\).
- Подберите индексы так, чтобы общий положительный и общий отрицательный заряды совпали.
- Если многоатомный ион получает индекс больше единицы, заключите его формулу в круглые скобки.
- Сократите индексы, если у них есть общий делитель, и проверьте электронейтральность формулы.
Индексы в формуле выбирают так, чтобы сумма зарядов катионов и анионов была равна нулю. Заряды ионов можно мысленно «перекрестить» и использовать как индексы, но после этого индексы обязательно сокращают, если это возможно.
Например, для ионов \(\mathrm{Mg^{2+}}\) и \(\mathrm{Cl^-}\) нужны два хлорид-иона на один ион магния: \(\mathrm{MgCl_2}\). Для ионов \(\mathrm{Al^{3+}}\) и \(\mathrm{O^{2-}}\) наименьшее общее кратное зарядов равно 6, поэтому формула — \(\mathrm{Al_2O_3}\).
Как работать с кислотными остатками
Кислотный остаток — частица, которая остаётся от кислоты после удаления ионов водорода. Его заряд обычно определяется по формуле кислоты. Например, из \(\mathrm{H_2SO_4}\) получается сульфат-ион \(\mathrm{SO_4^{2-}}\), из \(\mathrm{HNO_3}\) — нитрат-ион \(\mathrm{NO_3^-}\), из \(\mathrm{H_3PO_4}\) — фосфат-ион \(\mathrm{PO_4^{3-}}\).
| Кислотный остаток | Название | Заряд |
|---|---|---|
| \(\mathrm{Cl^-}\) | хлорид | \(-1\) |
| \(\mathrm{NO_3^-}\) | нитрат | \(-1\) |
| \(\mathrm{SO_4^{2-}}\) | сульфат | \(-2\) |
| \(\mathrm{CO_3^{2-}}\) | карбонат | \(-2\) |
| \(\mathrm{PO_4^{3-}}\) | фосфат | \(-3\) |
| \(\mathrm{S^{2-}}\) | сульфид | \(-2\) |
| \(\mathrm{OH^-}\) | гидроксид | \(-1\) |
Если многоатомный кислотный остаток встречается два и более раз, ставят скобки: \(\mathrm{Ca(NO_3)_2}\), \(\mathrm{Al_2(SO_4)_3}\), \(\mathrm{(NH_4)_2CO_3}\). Скобки не нужны, если группа встречается один раз: \(\mathrm{NaNO_3}\) и \(\mathrm{K_2SO_4}\).
Умножьте заряд каждого иона на его индекс. Например, в \(\mathrm{Al_2(SO_4)_3}\): \(2\cdot(+3)=+6\), а \(3\cdot(-2)=-6\). Сумма равна нулю, значит формула составлена верно.
Какая формула соответствует ионам \(\mathrm{Ca^{2+}}\) и \(\mathrm{PO_4^{3-}}\)?
Разобранный пример: формула хлорида никеля(II)
Название «хлорид никеля(II)» означает, что катион никеля имеет заряд \(+2\), а хлорид-ион — заряд \(-1\). Обозначение (II) — это степень окисления никеля в данном соединении. Подробное описание вещества приведено на странице «Хлорид никеля(II)».
Формула хлорида никеля(II) — \(\mathrm{NiCl_2}\). Это соль: в ней есть катион металла \(\mathrm{Ni^{2+}}\) и анионы кислотного остатка \(\mathrm{Cl^-}\). Поэтому в перечне формул \(\mathrm{NiCl_2}\) выбирают как соль.
Если металл может иметь несколько степеней окисления, её указывают в названии римской цифрой: железо(II) — \(\mathrm{Fe^{2+}}\), железо(III) — \(\mathrm{Fe^{3+}}\), медь(I) — \(\mathrm{Cu^+}\), медь(II) — \(\mathrm{Cu^{2+}}\). Без этой информации иногда нельзя однозначно составить формулу.
Как выбрать соли из перечня формул
В задании на распознавание сначала найдите вещества, состоящие из катиона металла или \(\mathrm{NH_4^+}\) и кислотного остатка. Затем исключите простые вещества, кислоты, основания и оксиды. Соль может содержать кислород, но наличие кислорода само по себе не делает вещество солью.
- \(\mathrm{Na_2CO_3}\) — соль: натрий и карбонат.
- \(\mathrm{H_2SO_4}\) — кислота: формула начинается с водорода.
- \(\mathrm{Ca(OH)_2}\) — основание: содержит гидроксид-ионы и металл.
- \(\mathrm{CO_2}\) — оксид: два элемента, один из них кислород.
- \(\mathrm{NH_4NO_3}\) — соль: аммоний и нитрат.
- \(\mathrm{Cl_2}\) — простое вещество, а не соль.
Для проверки растворимости уже составленной соли используют таблицу растворимости. Однако растворимость не является обязательным признаком соли: соли бывают растворимыми, малорастворимыми и нерастворимыми. В ионных кристаллах частицы удерживаются электростатическим притяжением; подробнее об этом — на странице «Ионные соединения».
1. Индексы ставят вместо зарядов без проверки. Для \(\mathrm{Ca^{2+}}\) и \(\mathrm{SO_4^{2-}}\) получается не \(\mathrm{Ca_2(SO_4)_2}\), а сокращённая формула \(\mathrm{CaSO_4}\). 2. Забывают скобки: правильно \(\mathrm{Al(NO_3)_3}\), а не \(\mathrm{AlNO_3{}_3}\). 3. Путают индекс и степень окисления: в \(\mathrm{FeCl_3}\) индекс 3 показывает число хлорид-ионов, а степень окисления железа равна \(+3\). 4. Считают любую формулу с металлом солью: \(\mathrm{NaOH}\) — основание, а \(\mathrm{Na_2O}\) — оксид.
Катион пишут первым, анион — вторым. Индексы подбирают по зарядам, многоатомные ионы при индексе больше единицы заключают в скобки, итоговая сумма зарядов должна быть равна нулю.
Quick-test
Проверьте себя
Главное
- Соль состоит из катиона металла или \(\mathrm{NH_4^+}\) и аниона кислотного остатка.
- Формулу составляют по зарядам ионов, добиваясь общей электрической нейтральности.
- Многоатомный ион при индексе больше единицы заключают в скобки.
- Степень окисления металла может быть указана римской цифрой в названии: никель(II) — \(\mathrm{Ni^{2+}}\).
- При выборе соли из перечня отличайте её от кислоты, основания, оксида и простого вещества.