12. Одержання солей

Солі можна розглядати як продукти повного або часткового заміщення атомів водню у кислотах на атоми металів, або як продукти повного або часткового заміщення гідроксильних груп в основах на кислотні залишки.

З точки зору електролітичної дисоціації солі – це речовини, які під час дисоціації розпадаються на катіони металів та аніони кислотних залишків:

Nа₃PО₄ 3Nа⁺ + РО₄^3-.

Розрізняють такі типи солей: нормальні, або середні, кислі, основні, подвійні, змішані та комплексні.

Нормальні солі – це продукти повного заміщення атомів водню на атоми металу в молекулах кислот (K₂SO₄, Nа₂СО_з, К_зРО₄ тощо).

Кислі солі – це продукти неповного заміщення атомів водню на атоми металу в молекулах кислот (NаНСО₃, KHSО₄, Nа₂НРО₄тощо)

Кислі солі можна добути неповною нейтралізацією багатоосновних кислот основами, дією відповідних кислот на середні солі, гідролізом солей, утворених слабкими багатоосновними кислотами:

Н₃PО₄+ КОН = КН₂РО₄+ H₂O; К₂SО₄+ H₂SО₄= 2KHSО₄;

Na₂СО₃ + Н₂О = NaHCO₃+ NaOH.

Кислі солі проявляють властивості кислот – незаміщений атом водню в них може заміщуватися з утворенням нормальних солей. Наприклад, під час дії на гідрокарбонат натрію NaHCO₃ лугу NaOH відбувається реакція за рівнянням

NаНСО₃ + NaOH = Nа₂СО₃ + H₂O

Основні солі – це продукти неповного заміщення гідроксильних груп в молекулі багатокислотної основи або амфотерного гідроксиду на кислотні залишки (Mg(OH)C1, Zn(OH)C1, (CuOH)₂SО₄ тощо).

Основні солі добувають неповною нейтралізацією багатокислотних основ або амфотерних гідроксидів кислотами, дією основи на сіль цієї самої основи, гідролізом солей, утворених слабкими багатокислотними основами:

Ві(ОН)₃ + НС1 = Ві(ОН)₃С1 + H₂O;

MgCl₂+ Mg(OH)₂ = 2Mg(OH)Cl;

CuCl₂+ Н₂О = Cu(OH)Cl + НС1.

Основні солі подібно до основ здатні реагувати з кислотами з утворенням нормальних солей. Наприклад, при дії на основний хлорид магнію Mg(ОН)Сl соляної кислоти НС1 утворюється хлорид магнію MgC1₂ за рівнянням реакції

Mg(OH)Cl + НС1 = MgCl₂+ H₂O

Основні солі при нагріванні або з часом здатні втрачати воду. Солі, що утворюються внаслідок цього, називаються оксосолями. Наприклад:

Ві(ОН)₂Вr = BiOBr + H₂O

Оксосолі можна перетворити в середні дією відповідних кислот;

BiOBr + 2НВr = ВіВr₃ + H₂O

Подвійні солі – це продукти заміщення атомів водню в молекулах кислот на атоми двох металів (KAl(SO₄)₂, NaKSO₄ тощо).

Змішані солі – це середні солі, в молекулах яких атом металу сполучений з двома різними кислотними залишками. Прикладом такої солі може бути хлорне вапно – кальцієва сіль соляної і хлорнуватистої кислот: Сl – Са – ОСl.

Подвійні солі можна добути нейтралізацією будь-якої багато-основної кислоти двома основами:

H₂SO₄ + NaOH + КОН = KNaSO₄+ 2Н₂O

або під час одночасної кристалізації різних солей:

КС1 + MgCl₂+ 6Н₂O = KMgCl₃•6Н₂O.

Залежно від природи солі можуть реагувати з іншими солями, кислотами, основами, ангідридами, металами та іншими речовинами, з якими солі утворюють нові сполуки, наприклад:

ВаС1₂ + Na₂SO₄ = BaSO₄ + 2NaCl; ВаС1₂ + H₂SO₄= BaSO₄ + 2HC1;

CuSO₄ + 2NaOH = Cu(OH)₂ + Na₂SO₄; СаСО₃ + SiO₂= СаSіO₃ + CO₂;

CuSO₄ + Fe == FeSO₄+ Cu.

Солі добувають багатьма способами:

1.Взаємодією кислот з основами (реакція нейтралізації) або амфотерними гідроксидами:

Са(ОН)₂ + 2HNO₃= Ca(NO₃)₂ + 2H₂O;

Zn(ОН)₂ + 2HC1 = ZnCl₂ + 2H₂O.

2.Взаємодією кислот з основними або амфотерними оксидами):

MgO + Н₂SO₄ = MgSO₄ + H₂O;

ZnO + 2HNO₃= Zn(NO₃)₂ + H₂O.

3. Взаємодією кислот з металами (кислоти-неокислювачі взаємодіють лише з активними металами з виділенням водню, кислоти-окислювачі – з активними і неактивними, крім золота і деяких платинових металів, без виділення водню):

Zn + Н₂SO₄ = ZnSO₄+ Н₂;

Сu + 4НNO₃(конц.) = Сu(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O.

4. Взаємодією кислот з іншими солями:

Н₂SО₄ + ВаС1₂= BaSO₄ + 2НС1.

5. Взаємодією кислотних оксидів з основними або амфотерними:

N₂O₅+ CuO = Cu(NO₃)₂;

SO₃+ ZnO == ZnSO₄.

6. Взаємодією кислотних оксидів з основами або амфотерними гідроксидами:

Р₂O₅ + 6NaOH = 2Na₃PO₄ + 3Н₂О;

N₂O₅ + Zn(OH)₂= Zn(NO₃)₂ + H₂O

7. Взаємодією кислотних оксидів з солями:

СаСО₃ + SiO₂ = СаSіO₃ + СО₂.

Такі реакції проходять лише в тому випадку, коли оксид, яким діють на сіль, менш леткий, ніж той, що виділяється внаслідок реакції.

8. Взаємодією сильних основ з амфотерними гідроксидами:

Ва(ОН)₂ + Рb(ОН)₂ = Ва[Рb(ОН)₆].

9. Взаємодією основ із солями:

FeSO₄ + 2KOH = Fe(OH)₂ + K₂SO₄.

10. Взаємодією солей із солями:

К₃РO₄ + 3СаС1₂ = Са₃(РO₄)₂ + 6КС1.

11. Взаємодією солей з металами, що мають вищу активність, ніж метали, які входять до складу солей:

CuSO₄ + Fe = Cu + FeSO₄.

12. Взаємодією металів з неметалами:

Zn + Сl₂ = ZnCl₂.

13. Взаємодією активних неметалів з лугами:

Сl₂ + 2NaOH = NaCl + NaClO + H₂O; 3S + 6КОН = 2K₂S + К₂SO₃+ 3Н₂O.

14. Термічним розкладанням солей:

2KNO₃= 2KNO₂ + O₂;

2КС1O_з= 2КС1 + 3O₂.

15. Взаємодією металів, що утворюють амфотерні оксиди, з водними розчинами лугів:

Zn + 2NaOH = Na₂ZnO₂+ H₂.

За міжнародними номенклатурними правилами назва солі складається з назви металу та міжнародної назви кислотного залишку.

Назви солей утворюють так: перше слово – назва аніона солі, дана у називному відмінку (для солей безкисневих кислот із закінченням -ід (-ид), для кисневмісних – із закінченням -іт (-ит) або -am); друге – назва катіона дана в родовому відмінку, наприклад: Na₂SO₄ – сульфат натрію, Ca(NO₃)₂ – нітрат кальцію, CuCl₂ – хлорид міді (II), FeS – сульфід заліза (II), Cr₂(SO₄)₃ – сульфат хрому (III), Ва(СlО₂)₂ – хлорит барію тощо.

Історично склалися назви солей хлорної (НСlО₄), йодної (НІО₃) і марганцевої (НМnO₄) кислот, а їх солі називаються відповідно перхлоратами, перйодатами і перманганатами. Саме тому й відрізняються від систематичних і назви солей хлорнуватої (HClO₃), йоднуватої (НІОз) і марганцевистої (Н₂МпО₄) кислот (відповідно хлорати, йодати і манганати).

Нижче наведено назви солей найважливіших кислот:

Кислота	Формула	Назва солі
Азотна	HNO3	Нітрат
Азотиста	HNO2	Нітрит
Борна (ортоборна)	Н3ВО3	Борат (ортоборат)
Вугільна	Н2СО3	Карбонат
Дифосфорна	H4P2O7	Дифосфат
Дихромова	H2Cr2O7	Дихромат
Йодоводнева	HI	Йодид
Кремнієва	Н2SiO3	Силікат
Марганцева	HMnO4	Перманганат
Метафосфорна	HPO3	Метафосфат
Миш'якова	Н3АsО4	Арсенат
Миш'яковиста	Н3АsO3	Арсеніт
Ортофосфорна	Н3РО4	Ортофосфат
Сірчана	H2SO4	Сульфат
Сірчиста	Н2SО3	Сульфіт
Фосфориста	Н3РО3	Фосфіт
Фтористоводнева	HF	Фторид
Соляна	НС1	Хлорид
Хлорнуватиста	HClO	Гіпохлорит
Хлорнувата	НСlО3	Хлорат
Хлорна	НС1O4	Перхлорат
Хромова	H2CrO4	Хромат
Ціаністоводнева	HCN	Ціанід

У назві кислих солей до першого слова додають числівник, що відповідає числу атомів водню у молекулі кислоти, і слово гідро-, наприклад: Na₂HPO₄ – гідрофосфат натрію, NaH₂PO₄ – дигідрофосфат натрію тощо. Аналогічно до назви катіона основної солі додають слово гідроксо-, наприклад: Bi(OH)(NO₃)₂ – нітрат гідроксовісмуту (III), Ві(ОН)NО₃ – нітрат дигідроксовісмуту (III) тощо.

Безводні основні солі можна називати двояко. Наприклад, сполука ВіОСl – це хлорид оксовісмуту (III), або хлорид вісмутилу (іон ВіО⁺ називають вісмутилом).

Подвійні і змішані солі слід називати так, щоб за назвою можна було встановити їх склад, тобто потрібно зазначати всі прості іони: Са(ОС1)С1 – хлорид-гіпохлорит кальцію; KNaSО₄ – сульфат калію-натрію.

Солеподібні бінарні сполуки. Галоген- і тіоангідриди. Металіди (інтерметаліди)

Солеподібні бінарні сполуки – це сполуки, що складаються з двох елементів різної електронегативності і проявляють деякі типові ознаки солей: здатність гідролізувати, подібність кристалічної решітки до решітки солей тощо.

До солеподібних бінарних сполук належать сполуки металів з неметалами, зокрема активних металів з воднем, азотом, вуглецем, фосфором, кремнієм, наприклад: LiH – гідрид літію, СаН₂ – гідрид кальцію, Mg₃N₂ – нітрид магнію, MgSi – силіцид магнію, CaC₃ – карбід кальцію, Mg₂P₂ – фосфід магнію. У воді ці сполуки не розчиняються, але розщеплюються водою або кислотами.

Галоген- і тіоангідриди – це сполуки, що проявляють властивості ангідридів.

Галогенангідриди одночасно є ангідридами двохкислот: кисневмісної та безкисневої. Так, наприклад, галогенангідрид РОСl₃ під час взаємодії з водою утворює дві кислоти:

РОС1₃ + 3Н₂О = 3НС1 + Н₃РО₄,

а з лугом – дві солі:

РОС1₃ + 6NaOH = 3NaCl + Nа₃РO₄+ ЗН₂О.

Галогенангідриди можна уявити як похідні ангідридів, у яких кисень повністю або частково заміщений на галоген: РСl₅ – хлорид фосфору (V), РОСl₃ – хлорид оксофосфору (V), РСl₃ – хлорид фосфору (III), NO₂Cl – хлорид діоксоазоту (V), NOC1 – хлорид оксоазоту (III).

Тіоангідриди – це сполуки сірки з різними елементами, які за властивостями подібні до неметалів, а також з деякими металами у їх найвищих ступенях окислення. У тіоангідридах зв'язок між елементами значною мірою ковалентний. Тіоангідриди погано розчиняються у воді, розчиняються у лугах та реагують з сульфідами лужних і лужноземельних металів з утворенням солей тіокислот:

3SnS₂ + 6КОН = K₂SnS₂ + K₂SnO₃ + 3Н₂О; As₂S₅ + 3Na₂S = 2Na₂AsS₄;

2As₂S₃ + 4NaOH = 3NaAsS₂ + NaAsO₂ + 2Н₂O.

Назви тіоангідридів утворюють аналогічно до назв галогенангідридів, наприклад: АsS₂ – сульфід миш'яку (III), As₂S₅ – сульфід миш'яку (V), CS₂ –сульфід вуглецю (IV), SnS₂ – сульфід олова (IV), COS – сульфід оксовуглецю (IV).

Одержання солей при взаємодії металів, оксидів і карбонатів з кислотами. Взаємодія кислот з металами, оксидами, карбонатами – найпоширеніший спосіб одержання солей. При проведенні цієї роботи можуть бути деякі ускладнення. Наприклад, якщо кислота була узята дуже концентрована, то вже після закінчення реакції з розчину починають випадати кристали речовини. В цьому випадку розчин потрібно трохи розбавити водою і далі провести кристалізацію. Якщо кислота була дуже розбавлена, то отриманий розчин слід випарувати до початку кристалізації.

Практично, кислоти беруть на 3 – 5% менше розрахованої кількості, щоб невелика частина вихідної речовини залишилася нерозчинною. Відважену на технохімічних терезах речовину поміщають у колбу, куди підливають кислоту. Якщо реакція протікає бурхливо, то кислоту додають до речовини невеликими порціями. Якщо ж реакція протікає повільно, то її проводять при нагріванні або слабому кип'ятінні.

Після закінчення реакції розчин якийсь час кип'ятять, щоб залишки кислоти вступили у взаємодію. При цьому відбувається деяке очищення розчину за рахунок контактного відновлення більш електропозитивних металів або за рахунок осадження можливих домішок у вигляді карбонатів або гідратів і т.д. Потім гарячий розчин фільтрують і фільтрат кристалізують.

ЛЕКЦІЯ 7. МЕТОДИ СИНТЕЗУ ОРГАНІЧНИХ СПОЛУК