Номенклатура кислот и солей

Таблица 1.

Формула	Название кислоты	Номенклатура солей
		русская	международная
1	2	3	4
H2S	Сероводородная	Сернистые	Сульфиды
H2SO4	Серная	Сернокислые	Сульфаты
H2SO3	Сернистая	Сернистокислые	Сульфиты
H2S2O3	Тиосерная (серноватистая)	Тиосернокислые (серноватистокислые)	Тиосульфаты
H3PO4	Ортофосфорная	Ортофосфорнокислые	Ортофосфаты
HPO3	Метафосфорная	Метафосфорнокислые	Метафосфаты
H3PO3	Фосфористая	Фосфористокислые	Фосфиты
HNO3	Азотная	Азотнокислые	Нитраты
HNO2	Азотистая	Азотистокислые	Нитриты
H2CO3	Угольная	Углекислые	Карбонаты
H2SiO3	Кремниевая	Кремниевокислые	Силикаты
H3BO3	Ортоборная	Ортоборнокислые	Ортобораты
HBO2	Метаборная	Метаборнокислые	Метабораты
H2B4O7	Тетраборная	Тетраборнокислые	Тетрабораты
HCl	Хлористоводородная (соляная)	Хлористые	Хлориды
HBr	Бромистоводородная	Бромистые	Бромиды
HI	Йодистоводородная	Йодистые	Иодиды
HCN	Цианистоводородная	Цианистые	Цианиды
H2CrO4	Хромовая	Хромовокислые	Хроматы
H2Cr2O7	Дихромовая	Дихромовокислые	Дихроматы
H3CrO3	Ортохромистая	Ортохромистокислые	Ортохромиты
HCrO2	Метахромистая	Метахромистокислые	Метахромиты
HMnO4	Марганцовая	Марганцовокислые	Перманганаты
1	2	3	4
H2MnO4	Марганцовистая	Марганцовистокислые	Манганаты
HClO4	Хлорная	Хлорнокислые	Перхлораты
HF	Фтористоводородная (плавиковая)	Фтористые	Фториды
H3AsO4	Ортомышьяковая	Ортомышьяковокислые	Ортоарсенаты
H3AsO3	Ортомышьяковистая	Ортомышьяковистокислые	Ортоарсениты
CH3COOH	Уксусная	Уксуснокислые	Ацетаты
HCOOH	Муравьиная	Муравьинокислые	Формиаты
H2C2O4	Щавелевая	Щавелевокислые	Оксалаты
HCN5	Роданистоводородная	Роданистые	Роданиды

Основными методами получения кислот являются:

1. Взаимодействие неметалла с водородом с последующим растворением полученного продукта в воде:

Н₂ + S = Н₂S

2. Взаимодействие ангидридов кислот с водой:

SO₃ + Н₂O = Н₂SO₄

3. Взаимодействие галогенов с водой:

Cl₂ + Н₂O = НCl + НClО

4. Вытеснение слабых кислот из их солей более сильными кислотами:

Na₂SiO₃ + Н₂SO₄ = Na₂SO₄ + Н₂SiO₃

5. окисление неметалла раствором сильной кислоты – окислителя:

3Р + 5 НNО₃ + 2Н₂О = 3Н₃РО₄ + 5NО

СОЛИ

Солями называются продукты полного или неполного замещения атомов водорода в молекуле кислоты атомами металла или гидроксильных групп в молекуле основания кислотными остатками. В связи с этим различают средние (нормальные), кислые и основные соли.

Средние соли – продукты полного замещения атомов водорода в кислоте или гидроксильных групп в основании.

Н₂SO₄ Na₂SO₄

Наименования средних солей бескислородных кислот по международной номенклатуре производится от латинского корня названия элемента – кислотообразователя с добавлением окончания «ид». Затем дается название металла с указанием его степени окисления (если металл имеет переменные степени окисления):

ВаS – сульфид бария

CuCl₂ – хлорид меди (II)

NaCN – цианид натрия

CrN – нитрид хрома (III)

Mn₃P₂ – фосфид марганца (II)

NH₄SCN – роданид аммония

Русские названия таких солей составляются из названия неметалла с окончанием «истый» («истое») и названия металла. Например:

ВаS – сернистый барий

NaCN – цианистый барий

NH₄SCN – роданистый аммоний

В случае, если металл, образующий среднюю бескислородную соль, проявляет переменную степень окисления, то окончание «истый» характерно для солей с низшей степенью окисления, а для солей с более высокой степенью окисления вводится окончание «ный» («ная», «ное»). Например:

Fe²⁺Cl₂ – хлористое железо

Fe³⁺Cl₃ – хлорное железо

Названия средних солей кислородосодержащих кислот (HNO₃, H₂SO₄, H₃PO₄, H₂CO₃ и др.) по международной номенклатуре складывается из латинского названия кислотообразователя с добавлением окончания «ит» (если элемент – кислотообразователь проявляет низшую степень окисления) и окончание «ат» (если элемент – кислотообразователь проявляет высшую степень окисления). Затем дается название металла в родительном падеже с указанием степени окисления (если она переменная). Так, соли H⁵⁺NO₃, H₂S⁶⁺O₄, H₃P⁵⁺O₄, H₂C⁵⁺O₃, Н₂Si⁴⁺O₃ называются соответственно: нитратами, сульфатами, фосфатами, карбонатами, силикатами, а соли с азотистой H³⁺NO₂ и сернистой H₂S⁴⁺O₃ – нитритами, сульфитами:

Na₂SO₄ – сульфат натрия

Na₂SO₃ – сульфит натрия

Cu SO₄ – сульфат меди (II)

Cu (NO₃₎₂ – нитрат меди (II)

Если кислотные остатки образованы элементом, обладающим различными степенями окисления, то названия образованных ими солей отличаются еще и приставками. Например, средние соли четырех кислот, образованных хлором, называются:

NaCl¹⁺О – гипохлорит натрия;

NaCl³⁺О₂ – хлорит натрия;

NaCl⁵⁺О₃ – хлорат натрия;

NaCl⁷⁺О₄ – перхлорат натрия.

Название последней соли, как и солей марганцовой кислоты (НMnO₄), содержит приставку «пер». Это исторически сложившееся исключение, так как с такой приставки начинаются названия солей надкислот:

Na₂S₂O₃ – персульфат натрия;

K₂Cr₂O₁₂ – пероксохромат калия.

Если элемент образует соединения, в которых он присутствует в форме определенной функциональной группы или сложного иона (например: сульфурил, тионил и т.д.), то название соответствующих солей закачивается названием этой группы в родительном падеже:

SOCl₂ – хлорид тионила;

SOF₂ – фторид сульфурила.

Основными способами получения средних солей являются:

1. Взаимодействие металла с неметаллом:

Са + Cl₂ = СаCl₂

2. Взаимодействие металла с кислотой:

Fе + Н₂SO₄ = FеSO₄ + Н₂

3. Взаимодействие металлов с растворами солей менее активных металлов:

CuSO₄ + Fе = Cu + FеSO₄

4. Взаимодействие основного оксида с кислотным:

MgO + SO₃ = MgSO₄

5. Взаимодействие основного оксида с кислотой:

MgO + Н₂SO₄ = MgSO₄ + Н₂О

6. Взаимодействие кислотного оксида с гидроксидом:

2NaОН + SO₃ = Na₂SO₃ + Н₂О

7. Взаимодействие гидроксида с кислотой:

NaОН + НCl = NaCl + Н₂О

8. Взаимодействие гидроксида (щелочи) с солью:

2NaОН + CuCl₂ = Cu(ОН)₂ + 2 NaCl

9. Взаимодействие кислоты с солью:

НCl + АgNО₃ = АgCl + НNО₃

10. Взаимодействие соли с солью:

ВаCl₂ + К₂SO₄ = ВаSO₄ + 2КCl

11. Взаимодействие аммиака с кислотой:

2NН₃ + Н₂SO₄ = (NН₄)₂SO₄

Многие соли хорошо растворимы в растворителях, обладающих большими величинами диэлектрической проницаемости, например, в воде: это соли уксусной, азотной кислот, соли серной кислоты (кроме солей Са²⁺, Pb²⁺, Sz²⁺ и Ва²⁺), соли галогеноводородных кислот НCl, НВr, НI (кроме солей Аg⁺, Pb²⁺) и другие. Из солей Н₂SiO₃, H₃PO₄, Н₂СO₃ растворимы лишь соли щелочных металлов и аммония. (Смотри табл. 2).

За исключением солей, образованных сильными основаниями и сильными кислотами, все соли при растворении подвергаются гидролизу:

ZnCl₂ + HOH ZnOHCl + HCl

В ионном виде: Zn²⁺ + HOH ZnOH⁺ + H⁺

или: Li₂СО₃ + HOH LiHCО₃ + LiОH

в ионном виде: Li^2-₃ + HOH HCО^-₃ + ОH^-

Для нормальных (средних) солей характерны следующие реакции, протекающие в направлении образования малорастворимых или малодиссоциированных веществ:

Растворимость некоторых веществ и оснований в воде. Таблица 2.

1. С солями: ВаCl₂ + Na₂SO₄ = ВаSO₄ + NaCl

2. С кислотами: Na₂SO₃ + 2HCl = 2 NaCl + Н₂О + СO₂

3. Со щелочами: CuCl₂ + 2КОН = Cu(ОН) ₂ + 2КCl

4. С металлами (более активными, чем тот, который входит в состав соли): Нg (NО3)₂ + Cu(NО3)₂ + Нg

5. Термическая диссоциация: MgСO₃ MgO + СO₂

Кислые соли образуют многоосновные (двух- и более) кислоты при неполном замещении их атомов водорода на металл.

Соли этого типа можно получить:

1. При взаимодействии кислоты с недостаточным количеством гидроксида: КОН + H₃PO₄ = КН₂РО₄ + Н₂О

недостаток

2 КОН + H₃PO₄ = К₂НРО₄ + 2Н₂О

2. При взаимодействии кислоты с недостаточным количеством основного оксида: 2H₃PO₄ + СаО = Са(H₂PO₄)₂ + Н₂О

3. При взаимодействии кислоты со средней солью, имеющей тот же кислотный остаток: H₂SO₄ + Na₂SO₄ = 2 Na НSO₄

4. При взаимодействии щелочи или соли с ангидридом кислоты, взятом в избытке: КОН + СO₂ = КН СO₃

СаСO₃ + СO₂ + Н₂О = Са (НСO₃)₂

Названия кислых солей составляется по международной номенклатуре аналогично названиям нормальных солей, только присутствие в молекуле соли атомов водорода отмечается приставкой «гидро» с соответствующим греческим числительным («моно»-, ди -, три - и т.д.). Числительное «моно» обычно опускается:

Са(НSO₄)₂ – гидросульфат кальция;

КН₂РО₄ – дигидрофосфат калия;

К₂НРО₄ – гидрофосфат калия;

Na НСO₃ – гидрокарбонат натрия.

Иногда в названиях солей двухосновных кислот приставка «гидро» - заменяется приставкой «би»:

Na НСO₃ – бикарбонат натрия

КНSO₄ – бисульфат калия

Na НSO₃ – бисульфит натрия.

Названия кислых солей в русской номенклатуре подобны названиям нормальных солей с добавлением слова кислый. Количество замещенных в кислоте атомов водорода указывается прилагательным «однозамещенный», «двузамещенный» (в случае трехосновной и выше кислоты).

Ва (Н₂РО₄)₂ – кислый фосфорнокислый барий однозамещенный

К₂НРО₄ – кислый фосфорнокислый калий двузамещенный

Na НSO₄ – кислый сернокислый натрий

валентность кислотного остатка в кислой среде определяется количеством атомов водорода кислоты, замещенных на атомы металла:

Mg (Н₂РО₄)₂ – (один атом водорода в молекуле замещен на атом металла)

К₂НРО₄ – (два атома водорода замещены на атомы металла).

В водных растворах соли такого типа диссоциируют на положительно заряженные ионы металла (катионы) и отрицательно заряженные ионы кислого остатка (анионы):

К₂НРО₄ 2К⁺ + НРО^2-₄

Са НСО₃)₂ Са²⁺ + 2НСО^-₃

В таких растворах частично присутствуют и ионы Н+, РО^3-₄, СО^2-₃.

Кислые соли можно перевести в нормальные действием на них избытка гидроксида: Са (НСО₃)₂ + Са (НО)₂ = 2 СаСО₃ + 2Н₂О

Основные соли («гидроксо» - соли) являются продуктами неполного замещения гидроксильных групп в гидроксиде кислотными остатками. Они могут быть получены:

1. из многокислотных гидроксидов при их неполной нейтрализации:

Cu (ОН) ₂ + Н₂SO₄ = (CuОН) ₂ SO₄ + 2Н₂О

недостаток

Са (ОН) ₂ + HCl = СаОН Cl + Н₂О

2. при взаимодействии средней соли с гидроксидом:

Вi(NО₃)₂ + 2КОН = Вi(ОН) ₂NО₃ + 2КNО₃

недостаток

В средние соли основные соли переводятся действием на них избытка кислоты: ZnОН NО₃ + НNО₃ = Zn (NО₃)₂ + Н₂О

Количество образованных данных гидроксидом основных солей зависит от его кислотности. Однокислотные гидроксиды (NаОН, КОН и т.д.) основных солей не образуют. Двухкислотным гидроксидам соответствуют основные соли одного типа:

Zn(ОН)₂ Zn ОН Cl

Ва (ОН)₂ ВаОН)₂ SO₄

Трехкислотным гидроксидам – двух типов:

Fе(ОН)₃ Fе(ОН)₂ Cl

Fе(ОН)₃ Fе ОН Cl₂

Валентность основного остатка определяется количеством гидроксильных групп в гидроксиде, замещенных кислотными остатками:

Аl(ОН)₃ [Аl(ОН)₂]⁺₂ SO^2-₄

Аl(ОН)₃ Аl ОН^{2 +} SO^2-₄

Диссоциация таких солей в водных растворах протекает по схеме:

[Аl(ОН)₂]₂ SO₄ 2 Аl(ОН)⁺₂ + SO^2-₄

Аl ОН SO₄ Аl(ОН)²⁺ + SO^2-₄

Русские названия основных солей составляются аналогично названиям средних солей, но при этом добавляется слово «основной» («основная», «основное») и указывается количество замещенных в гидроксиде гидроксильных групп (для многокислотных гидроксидов). Например,

(SrOH)₂ SO₄ – основной сернокислый стронций;

Cr(OH)₂ Cl – основной хлористый хром однозамещенный;

Fe OH CO₃ – основное углекислое двузамещенное железо (III)

По международной номенклатуре названия основных солей повторяют названия соответствующих средних солей с добавлением приставки «гидроксо» и с указанием с помощью греческого числительного количества гидроксильных групп в этих солях:

(SrOH)₂ SO₄ – гидросульфат стронция;

Cr(OH)₂ Cl – дигидроксохлорид хрома (III);

Fe OH CO₃ – гидроксокарбонат железа (III).

иногда при образовании основной соли происходит отщепление воды из основного остатка с выделением «оксосоли». Такие соли уже не содержат гидроксильных групп:

Вi(ОН)₂ = SiOCl + Н₂О

Sb(ОН)₂Cl + SbОCl + Н₂О

Помимо этого «оксосоли» могут образоваться в результате замещения гидроксильных групп в гидратных соединениях на кислотный остаток.

UO₂(ОН)₂ UO₂Cl

или Н₂ UO₄

CrO₂ (OH)₂ CrO₂ (NО₃)₂

или H₂ CrO₄

Названия «оксосолей» включают в себя название металла, образующего «оксо» - группу, с окончанием «ил» и латинское название соответствующей кислоты: ВiОCl – хлорид висмутила;

SbО NО₃ – нитрат стибила;

UO₂Cl₂ – хлорид уранила;

CrO₂(NО₃)₂ – нитрат хромила.

Особые группы солей образуют двойные, смешанные, комплексные (о них вы узнаете в соответствующем разделе практикума) соли, галогенангидриды, карбиды, нитриды, силициды, бориды.

Двойные соли образованы одной и той же кислотой, но двумя различными металлами. Формулы и названия таких солей обычно начинаются с катиона, имеющего более низкую степень окисления. Кислотный остаток называется аналогично средним солям:

NаАlF4 – фторид натрия-алюминия;

КАl(SO₄)₂*24 Н₂О – сульфат калия-алюминия;

N H₄ MgРО₄ – фосфат аммония (магния).

Смешанные соли в своем составе содержат анионы различных кислот и катионы одного и того же металла. Например, соль СаCl(ClО) – соль соляной (НCl) и хлорноватистой (НClО) кислот, ВаCl(NО₃) – соль соляной и азотной кислот. В соответствии с этим соль СаCl(ClО) называется хлоридгипохлорит кальция, а соль ВаCl(NО₃) – хлорид-нитрат бария.

Галогенангидриды – продукты полного или неполного замещения гидроксильных групп в молекулах кислородосодержащих кислот атомами галогенов. Так, фосфористой кислоте Н₃РО₃ (или Р(ОН)₃) соответствуют галогенангидриды РCl₃, РОВr₃; азотистой кислоте НNО₂, (или NООН) – NОCl и т.д.

В соответствии с этим их можно назвать следующим образом:

РCl₃ – трихлорангидрид фосфористой кислоты;

РОCl₃ – трихлорангидрид ортофосфорной кислоты;

NОCl –хлорангидрид азотистой кислоты.

Характерным свойством для многих галогенагидридов, является их способность при взаимодействии с водой или парами воды образовывать необратимо две кислоты – галогеноводородную и соответствующую кислородосодержащую:

NОCl + Н₂О = НNО₂ + НCl

РВr₃ + 3Н₂О = Н₃РО₃ + 3НВr

Карбиды – соединения металлов и некоторых неметаллов с углеродом. В зависимости от характера межатомных связей карбиды делятся на четыре группы:

1. Солеобразные карбиды образуют главным образом элементы I, II, III и частично IV, V и VI групп. Их можно рассматривать как продукты замещения металлом атомов водорода в:

1. метане CH₄ (Be₂C, Al₄C₃) Be C Be

2. ацетилене CH CH (CaC₂, Na₂C₂, ZnC₂, Ag₂C₂)

Na – C  C – Na

2. Карбиды с ковалентной связь. (SiC, B₄C₃), отличающиеся тугоплавкостью, жаростойкостью, высокой твердостью и химической инертностью.

3. Карбиды – фазы внедрения атомов углерода в кристаллическую решетку из атомов металла (TiC, ZnC, VC, Mo₂C, W₂C).

4. Карбиды типа Fe₃C (Mn₃C, CO₃C, Ni₃C). Эти карбиды растворяются в разбавленных кислотах с выделением смеси углеродов с водородом и обладают более низкими температурами плавления и твердостью.

Основным методом получения карбидов является прокаливание при высоких температурах соответствующих металлов или их оксидов с углем в инертной Ar, He или восстановительной Н₂, СО атмосфере.

Нитриды – соединения металлов и некоторых неметаллов с азотом. Подобно карбидам, они делятся по типу химической связи на несколько групп:

1. Ионные или Солеобразные нитриды. Их образуют s-элементы (щелочные и щелочноземельные металлы) и металлы подгрупп меди и цинка (Li₃N, Zn₃N₂, Cu₃N₂, Вe₃N₂ и др.)

Li  N Li Zn = N – Zn – N = Zn



Li

Все представители этой группы являются полупроводниками, при высоких температурах неустойчивы, легко взаимодействуют с Cl_2, F₂, P с разбавленными кислотами, водородом.

2. Ковалентные нитриды (AlN, BN, Si₃N₄) Al  N, В  N образуются Р - элементами и обладают свойствами либо полупроводника, либо диэлектрика. Устойчивость их значительно выше, чем у ионных нитридов. В машиностроении в последнее время широко используется нитрид бора (боразон), обладающий твердостью, близкой к алмазу, стойкостью к нагреванию до 2000С (алмаз сгорает при 900С).

3. Металлоподобные нитриды образуются за счет ионной и металлической связи d и f – элементами (TiN, VN, CrN, Cr₂N и др.). Такие связи очень прочны, так как образованы при внедрении атомов азота в кристаллическую решетку металла за счет не только внешних s-электронов, но и глубоко расположенных d –электронов. Многие металлоподобные нитриды являются хорошими сверхпроводниками, обладают высокой химической стойкостью по отношению к кислороду воздуха, кислотам, расплавленным металлам.

Получаются нитриды либо при непосредственном взаимодействии металлов и азота: 2Al + N₂ 2AlN, либо действием на оксиды металлов азотом или аммиаком:

TiО₂ + 2С + ½ N₂ TiN + 2СО

3Cu₂O + 2NH₃ 2Cu₃N + 3H₂O

Силициды – соединения кремния с металлами и некоторыми неметаллами (KSi, CaSi, SiC, Si₃N₄, NiSi₄). Силициды очень похожи на карбиды, однако они еще больше, чем карбиды приближаются к интерметаллическим соединениям. Для получения силицидов используют следующие методы:

1. непосредственное соединение металлов с порошкообразным кремнием в защитной среде инертных газов

Nа + Si NаSi

2. взаимодействием оксидов металлов с кремнием в вакууме

ВаО + 2 Si ВаSi + SiО

3. восстановлением оксидов карбидом кремния

МеО + SiС = МеS + СО

Силициды Cr, Mo, W, Ti, Zr и др. играют значительную роль при создании жаропрочных сплавов, стабилизируя их при высоких температурах.

Подобными же свойствами обладают бориды этих же металлов. Бориды – соединения металлов и некоторых неметаллов (С, Si) с бором солеобразного (Mg₃B₂ Mg=B–Mg–B=Mg) и несолеобразного (B₄C, CaB₆, BaB₆, AlB₂ и др.) типа.

Многие бориды имеют высокую твердость, химическую стойкость, тугоплавкость (барид циркония ZsB₂ плавится при 3040С).

Графические формулы солей

составляются исходя из графических формул соответствующих кислот, заменой атомов водорода в них на атомы металла (с учетом его степени окисления). Например, составление графической формулы средней соли карбоната натрия Nа₂СО₃ начинают с написания графической формулы угольной кислоты Н₂СО₃:

Н⁺₂С⁴⁺О^2-₃

затем заменяют одновалентные атомы водорода, выделенные пунктиром, на одновалентные атомы натрия:

Nа₂С⁴⁺О^2-₃

Из формулы следует, что кислород в данном соединении двухвалентен, углерод – четырех. Графическая формула соли двухвалентного металла карбоната кальция СаСО₃ будет иметь вид:

Са²⁺С⁴⁺О^2-₃

Если в составе молекулы соли несколько кислотных остатков, то ее графическая формула составляется исходя из соответствующего количества графических формул кислот:

Fe³⁺₂ (SO₄)^2-₃ – соль серной кислоты Н₂SO₄

Графические формулы кислых солей, у которых в составе молекул имеются атомы водорода, незамещенные на металл, составляются аналогично формулам средних солей:

КНSO₄ – гидросульфат калия

- один атом водорода в кислоте

замещен на атом калия

Fe(Н₂РО₄)₃ – дигидроортофосфат железа (III):

В каждой из трех молекул фосфорной кислоты два атома водорода остаются в составе молекулы соли, и лишь один замещается атомом железа. В соответствии с валентностью этого металла он замещает три атома водорода (по одному в каждой из трех молекул кислоты).

Графические формулы основных солей, производных гидроксидов, составляются следующим образом: вначале пишется графическая формула гидроксида, затем соответствующее число гидроксильных групп в нем замещается на кислотный остаток. Например: СаОНNО₃ – гидроксонитрат кальция

Са(ОН)₂

НNО₃

[Cr(OH)₂]₂SO₄ - дигидроксосульфат хрома (III).

Кислотный остаток серной кислоты замещает по одной гидроксильной группе в каждой молекуле гидроксида железа (III).

(AlОН)₃(РО₄)₂ – гидроксоортофосфат алюминия

В трех молекулах гидроксида алюминия остается по одной гидроксильной группе, остальные группы ОН замещаются, соответственно, двумя кислотными остатками ортофосфорной кислоты.