2.3. Основания

Определение класса оснований дано в разделе «Электролитическая диссоциация». Согласно определению основания в воде диссоциируют на ионы металла (аммония NH₄⁺ в случае NH₃∙H₂O) и гидроксид-ионы.

Названия оснований составляются из слова гидроксид и названия металла. Например, NaOH – гидроксид натрия, KOH – гидроксид калия, Ca(OH)₂ – гидроксид кальция. Если элемент образует несколько оснований, то в названиях указывается степень его окисления римской цифрой в скобках: Fe(OH)₂ – гидроксид железа (II), Fe(OH)₃ – гидроксид железа (III).

Получение. Растворимые в воде основания получаются при взаимодействии металлов или их оксидов с водой:

2Na↓ + 2H₂O = 2NaOH + H₂↑;

Na₂O↓ + H₂O = 2NaOH.

Нерастворимые в воде основания получаются косвенным путем – действием щелочей на водные растворы соответствующих солей:

FeSO₄ + 2NaOH = Fe(OH)₂↓ + Na₂SO₄;

AlCl₃ + 3NaOH = Al(OH)₃↓ + 3NaCl.

Растворы щелочей мыльные на ощупь. Изменяют окраску индикаторов: красного лакмуса – в синий цвет, бесцветного фенолфталеина – в малиновый цвет.

Щелочи NaOH и KOH очень устойчивы к нагреванию. Однако большинство оснований при нагревании разлагается. Например:

Cu(OH)₂↓ = CuO↓ + H₂O.

Химические свойства. Важнейшие химические свойства оснований обусловливаются их отношением к кислотам, ангидридам кислот и солям.

1. При взаимодействии оснований с кислотами в эквивалентных количествах образуются соль и вода:

KOH + HCl = KCl + H₂O или OH^- + H⁺ = H₂O.

Взаимодействие оснований с кислотами называется реакцией нейтрализации. Любая реакция нейтрализации сводится к взаимодействию ионов ОН^- и Н⁺ с образованием малодиссоциированного электролита – воды.

2. Щелочи взаимодействуют с кислотными оксидами (ангидридами кислот):

Ca(OH)₂ + CO₂↑ = CaCO₃↓ + H₂O;

NaOH + SiO₂↓ = Na₂SiO₃ + H₂O.

Последняя реакция протекает лишь при нагревании.

3. Щелочи взаимодействуют с растворами различных солей. Например:

2KOH + CuSO₄ = Cu(OH)₂↓ + K₂SO₄.

Амфотерные гидроксиды. Амфотерными называются такие гидроксиды, которые при диссоциации образуют одновременно и катионы водорода Н⁺, и гидроксид-ионы ОН^-. Например: Al(OH)₃, Zn(OH)₂, Cr(OH)₃, Be(OH)₂, Ge(OH)₂, Sn(OH)₂, Pb(OH)₂ и др.

Амфотерные гидроксиды взаимодействуют как с кислотами, так и со щелочами. Например:

Al(OH)₃↓ + 3HCl = AlCl₃ + 3H₂O;

Al(OH)₃↓ + NaOH + 2H₂O = Na[Al(OH)₄(H₂O)₂].

В настоящее время растворение амфотерных гидроксидов в щелочных растворах обычно рассматривается как процесс образования гидроксосолей (гидроксокомплексов). Экспериментально доказано существование гидроксокомплексов многих металлов: [Zn(OH)₄]^2-, [Al(OH)₆]^3- и т.д.

2.4. Соли

Определение класса солей дано в разделе «Электролитическая диссоциация». В зависимости от состава различают следующие типы солей: средние, кислые, основные, двойные и комплексные.

Любую соль можно представить как продукт взаимодействия основания и кислоты, т.е. реакции нейтрализации. Например:

2NaOH + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + 2H₂O.

В этом примере получается средняя соль.

Если основания взято меньше, чем требуется для полной нейтрализации серной кислоты, то будет получаться кислая соль NaHSO₄:

NaOH + H₂SO₄ = NaHSO₄ + H₂O.

В кислых солях кроме ионов металла и кислотного остатка содержатся ионы водорода. Диссоциация кислых солей происходит ступенчато: вначале отщепляются ионы металла, а затем ионы водорода. Например:

NaH₂PO₄  Na⁺ + H₂PO₄^-;

анион H₂PO₄^- подвергается дальнейшей диссоциации как слабый электролит:

H₂PO₄^-  HPO₄^2- + Н⁺;

HPO₄^2-  PO₄^3- + H⁺.

Кислые соли образуются многоосновными кислотами. Одноосновные кислоты кислых солей не образуют.

Основные соли – это соли, которые кроме ионов металла и кислотного остатка содержат гидроксогруппы. Эти соли можно представить как продукт неполного замещения гидроксогрупп основания на кислотные остатки. Например:

Mg(OH)₂ + HCl = Mg(OH)Cl + H₂O.

Диссоциацию основных солей можно выразить уравнениями:

Mg(OH)Cl  Mg(OH)⁺ + Cl^-;

Al(OH)Cl₂  Al(OH)²⁺ + 2Cl^-;

Al(OH)₂Cl  Al(OH)₂⁺ + Cl^-.

Катионы основных солей в незначительной степени подвергаются дальнейшей диссоциации:

Mg(OH)⁺  Mg²⁺ + OH^-;

Al(OH)₂⁺  Al(OH)²⁺ + OH^-;

Al(OH)²⁺  Al³⁺ + OH^-.

Основные соли образуются многокислотными (двух- и более) основаниями. Однокислотные основания основных солей не образуют.

Двойные соли состоят из ионов двух разных металлов и кислотного остатка. Например: KAl(SO₄)₂, KCr(SO₄)₂. Двойные соли диссоциируют сразу на те ионы, из которых они состоят. Например:

KAl(SO₄)₂  K⁺ + Al³⁺ + 2SO₄^2-;

(NH₄)₂Fe(SO₄)₂  2NH₄⁺ + Fe²⁺ + 2SO₄^2-.

В состав комплексных солей входят сложные (комплексные) ионы (в формулах они заключаются в квадратные скобки). Комплексные соли при диссоциации сначала отщепляют комплексные ионы, которые затем подвергаются дальнейшей диссоциации. Например:

K₄[Fe(CN)₆]  4K⁺ + [Fe(CN)₆]^4-;

[Fe(CN)₆]^4-  Fe²⁺ + 6CN^-.

Получение. Важнейшие способы получения солей следующие.

1. Реакция нейтрализации:

KOH + HNO₃ = KNO₃ + H₂O;

OH^- + H⁺ = H₂O.

2. Взаимодействие кислот с основными оксидами:

H₂SO₄ + NiO↓ = NiSO₄ + H₂O;

2H⁺ + NiO↓ = Ni²⁺ + H₂O.

3. Взаимодействие кислот с солями:

H₂S + CuCl₂ = CuS↓ + 2HCl;

H₂S + Cu²⁺ = CuS↓ + 2H⁺.

4. Взаимодействие двух различных солей:

Na₂SO₄ + BaCl₂ = BaSO₄↓ + 2NaCl;

SO₄^2- + Ba²⁺ = BaSO₄↓.

5. Взаимодействие оснований с кислотными оксидами:

Ca(OH)₂ + CO₂↑ = CaCO₃↓ + H₂O;

Ca²⁺ + 2OH^- + CO₂↑ = CaCO₃↓ + H₂O.

6. Взаимодействие щелочей с солями:

3KOH + FeCl₃ = 3KCl + Fe(OH)₃↓;

3OH^- + Fe³⁺ = Fe(OH)₃↓.

7. Взаимодействие основных оксидов с кислотными:

CaO + SiO₂ = CaSiO₃.

8. Взаимодействие металлов с неметаллами:

2K + Cl₂↑ = 2KCl.

9. Взаимодействие металлов с кислотами:

2Al↓ + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂↑;

2Al↓ + 6H⁺ = 2Al³⁺ + 3H₂↑.

10. Взаимодействие металлов с солями:

Fe↓ + CuSO₄ = FeSO₄ + Cu↓;

Fe↓ + Cu²⁺ = Fe²⁺ + Cu↓.

Соли – твердые кристаллические вещества. По растворимости в воде их можно разделить на растворимые, малорастворимые и практически нерастворимые. Практически все соли азотной и уксусной кислот растворимы в воде.

Химические свойства. Свойства солей обусловливаются их отношением к металлам, щелочам, кислотам и солям.

1. В ряду стандартных электродных потенциалов каждый предыдущий металл вытесняет последующие из растворов их солей. Например:

Zn↓ + Hg(NO₃)₂ = Zn(NO₃)₂ + Hg.

2. Соли взаимодействуют со щелочами:

CuSO₄ + 2NaOH = Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄.

3. Соли взаимодействуют с кислотами:

CuSO₄ + H₂S = CuS↓ + H₂SO₄.

4. Многие соли взаимодействуют между собой:

CaCl₂ + Na₂CO₃ = CaCO₃↓ + 2NaCl.

Наиболее распространены международные названия солей. Они состоят из двух слов: названий аниона в именительном падеже и катиона в родительном. Число анионов и катионов, как правило, не указывается. Но если один и тот же металл проявляет различную степень окисления, то ее указывают в круглых скобках римской цифрой. Например, KNO₃ – нитрат калия, FeSO₄ – сульфат железа (II), Fe₂(SO₄)₃ – сульфат железа (III), NaCl – хлорид натрия.

В приведенной ниже таблице даны названия анионов, с помощью которых можно давать как русские, так и международные названия солям.

Формулы кислот и названия их анионов

Формула	Анион	Название аниона
HF HCl HBr HI H2S H2S HNO2 HNO3 CH3COOH HMnO4 H2SO4 H2SO4 H2CO3 H2CO3 H2SO3 H2SO3 H2SiO3 H4SiO4 H3PO4 H3PO4 H3PO4 HClO HClO2 HClO3 HClO4 H2CrO4 H2Cr2O7 H4P2O7	F^- Cl^- Br^- I^- S^2- HS^- NO2^- NO3^- CH3COO^- MnO4^- SO4^2- HSO4^- CO3^2- HCO3^- SO3^2- HSO3^- SiO3^2- SiO4^4- PO4^3- HPO4^2- H2PO4^- ClO^- ClO2^- ClO3^- ClO4^- CrO4^2- Cr2O7^2- P2O7^4-	Фторид Хлорид Бромид Иодид Сульфид Гидросульфид Нитрит Нитрат Ацетат Перманганат Сульфат Гидросульфат Карбонат Гидрокарбонат Сульфит Гидросульфит Метасиликат Ортосиликат Фосфат (ортофосфат) Гидрофосфат Дигидрофосфат Гипохлорит Хлорит Хлорат Перхлорат Хромат Дихромат Дифосфат

Между простыми веществами, оксидами, кислотами, основаниями и солями существует генетическая связь, а именно – возможность их взаимного перехода. Генетическую связь между классами неорганических соединений можно выразить схемой:

Металл  Основной оксид  Основание

↓

Соль

↑

Неметалл ® Кислотный оксид ® Кислота