Составление формул солей — это ключевой навык в химии, который помогает правильно записывать химические соединения между кислотными остатками и металлическими ионами (или аммониевыми ионами). Чтобы составить формулу соли, необходимо учитывать несколько важных факторов, таких как валентности ионов, их заряд, а также балансировка этих зарядов для получения нейтрального соединения.
Вот шаги, которые помогут вам составить правильную формулу соли:
1. Определите состав соли
Соль состоит из двух частей:
Катиона (положительный ион), который может быть металлом (например, натрий, калий, кальций) или аммониевым ионом NH4+NH_4^+.
Аниона (отрицательный ион), который происходит от кислоты. Это может быть хлорид, сульфат, нитрат, фосфат и так далее.
Пример:
В соли хлорид натрия NaClNaCl: катион — натрий Na+Na^+, анион — хлор Cl−Cl^-.
В соли сульфат меди(II) CuSO4CuSO_4: катион — медь(II) Cu2+Cu^{2+}, анион — сульфат SO42−SO_4^{2-}.
2. Определите валентности (заряды) катиона и аниона
Для составления правильной формулы важно учитывать валентность (заряд) катиона и аниона:
Катионы металлов имеют фиксированные валентности (например, натрий Na+Na^+ всегда одноимённый).
Некоторые металлы могут иметь разные валентности (например, железо может быть двухвалентным Fe2+Fe^{2+} или трёхвалентным Fe3+Fe^{3+}).
Анионы обычно имеют известные заряды, такие как Cl−Cl^- (хлорид), SO42−SO_4^{2-} (сульфат), NO3−NO_3^- (нитрат) и т. д.
Пример:
Валентность натрия: Na+Na^+ (одиночный положительный заряд).
Валентность хлора: Cl−Cl^- (одиночный отрицательный заряд).
3. Сбалансируйте заряд
Соль должна быть нейтральной, то есть общий заряд катиона и аниона должен быть равен нулю. Для этого необходимо, чтобы произведение числа ионов каждого типа на их заряд в сумме давало ноль.
Пример:
Соль хлорид натрия NaClNaCl:
Заряд Na+Na^+ = +1.
Заряд Cl−Cl^- = -1.
Поскольку заряд катиона и аниона равны по величине, достаточно одного атома натрия и одного атома хлора.
Соль сульфат меди(II) CuSO4CuSO_4:
Катион Cu2+Cu^{2+} имеет заряд +2.
Анион SO42−SO_4^{2-} имеет заряд -2.
Суммарный заряд Cu2+Cu^{2+} и SO42−SO_4^{2-} = 0, так как 2+ и 2- взаимно компенсируют друг друга.
4. Использование кросс-метода (кросс-умножение) для сложных соединений
Когда у вас есть соли с несколькими атомами, например, если катион имеет несколько зарядов или анион сложный, то можно использовать метод «кросс-умножения» для сбалансировки зарядов.
Пример:
Составим формулу сульфата железа (III), где железо имеет валентность 3 (Fe3+Fe^{3+}), а сульфат SO42−SO_4^{2-} имеет заряд -2.
Железо Fe3+Fe^{3+} и сульфат SO42−SO_4^{2-}.
Заряд железа Fe3+Fe^{3+} — +3.
Заряд сульфата SO42−SO_4^{2-} — -2.
Чтобы нейтрализовать заряд, нужно два иона SO42−SO_4^{2-} (их суммарный заряд будет -4) и три иона Fe3+Fe^{3+} (их суммарный заряд будет +6). Итак, у нас получается формула Fe2(SO4)3Fe_2(SO_4)_3, где два атома железа и три сульфата дают общий заряд 0.
5. Ион аммония NH4+NH_4^+
Аммоний — это одноатомный ион, который заменяет металл в соли, например, аммоний хлорид NH4ClNH_4Cl или аммоний сульфат (NH4)2SO4(NH_4)_2SO_4.
Пример:
Аммоний хлорид: NH4ClNH_4Cl — аммоний NH4+NH_4^+ и хлорид Cl−Cl^-.
Аммоний сульфат: (NH4)2SO4(NH_4)_2SO_4 — два иона аммония NH4+NH_4^+ и сульфат SO42−SO_4^{2-}.
6. Таблица распространённых анионов и их зарядов
| Анион | Заряд |
|---|---|
| Хлорид Cl−Cl^- | -1 |
| Сульфат SO42−SO_4^{2-} | -2 |
| Нитрат NO3−NO_3^- | -1 |
| Фосфат PO43−PO_4^{3-} | -3 |
| Карбонат CO32−CO_3^{2-} | -2 |
| Ацетат C2H3O2−C_2H_3O_2^- | -1 |
| Аммоний NH4+NH_4^+ | +1 |
| Калий K+K^+ | +1 |
| Натрий Na+Na^+ | +1 |
| Кальций Ca2+Ca^{2+} | +2 |
| Медь(II) Cu2+Cu^{2+} | +2 |
7. Примеры составления формул
Пример 1. Составление формулы хлорида меди(II):
Катион меди(II) — Cu2+Cu^{2+}.
Анион хлора — Cl−Cl^-.
Заряд меди Cu2+Cu^{2+} = +2, заряд хлора Cl−Cl^- = -1.
Для сбалансирования зарядов нужно два хлора для одного меди, т.е. формула CuCl2CuCl_2.
Пример 2. Составление формулы фосфата кальция:
Катион кальция Ca2+Ca^{2+}.
Анион фосфата PO43−PO_4^{3-}.
Заряд кальция Ca2+Ca^{2+} = +2, заряд фосфата PO43−PO_4^{3-} = -3.
Для сбалансирования зарядов нужно 3 кальция для 2 фосфатов, т.е. формула Ca3(PO4)2Ca_3(PO_4)_2.
Заключение
Составление формул солей требует внимательности к зарядовому состоянию и валентности ионов. Главное правило — сумма положительных и отрицательных зарядов в молекуле соли должна быть равна нулю.
