1. Соли являются электролитами.
В водных растворах соли диссоциируют на положительно заряженные ионы (катионы) металлов и отрицательно заряженные ионы (анионы) кислотных остатков.
Например , при растворении кристаллов хлорида натрия в воде положительно заряженные ионы натрия и отрицательно заряженные ионы хлора, из которых образована кристаллическая решётка этого вещества, переходят в раствор:
NaCl → Na + + Cl − .
При электролитической диссоциации сульфата алюминия образуются положительно заряженные ионы алюминия и отрицательно заряженные сульфат-ионы:
Al 2 SO 4 3 → 2 Al 3 + + 3 SO 4 2 − .
2. Соли могут взаимодействовать с металлами.
В ходе реакции замещения, протекающей в водном растворе, химически более активный металл вытесняет менее активный.
Например , если кусочек железа поместить в раствор сульфата меди, он покрывается красно-бурым осадком меди. Раствор постепенно меняет цвет с синего на бледно-зелёный, поскольку образуется соль железа(\(II\)):
Fe + Cu SO 4 → Fe SO 4 + Cu ↓ .
Видеофрагмент:
При взаимодействии хлорида меди(\(II\)) с алюминием образуются хлорид алюминия и медь:
2 Al + 3Cu Cl 2 → 2Al Cl 3 + 3 Cu ↓ .
3. Соли могут взаимодействовать с кислотами.
Протекает реакция обмена, в ходе которой химически более активная кислота вытесняет менее активную.
Например
, при взаимодействии раствора хлорида бария с серной кислотой образуется осадок сульфата бария, а в растворе остаётся соляная кислота:
BaCl 2 + H 2 SO 4 → Ba SO 4 ↓ + 2 HCl .
При взаимодействии карбоната кальция с соляной кислотой образуются хлорид кальция и угольная кислота, которая тут же разлагается на углекислый газ и воду:
Ca CO 3 + 2 HCl → CaCl 2 + H 2 O + CO 2 ⏟ H 2 CO 3 .
Видеофрагмент:
4. Растворимые в воде соли могут взаимодействовать со щелочами.
Реакция обмена возможна в том случае, если в результате хотя бы один из продуктов является практически нерастворимым (выпадает в осадок).
Например
, при взаимодействии нитрата никеля(\(II\)) с гидроксидом натрия образуются нитрат натрия и практически нерастворимый гидроксид никеля(\(II\)):
Ni NO 3 2 + 2 NaOH → Ni OH 2 ↓ + 2Na NO 3 .
Видеофрагмент:
При взаимодействии карбоната натрия (соды) с гидроксидом кальция (гашёной известью) образуются гидроксид натрия и практически нерастворимый карбонат кальция:
Na 2 CO 3 + Ca OH 2 → 2NaOH + Ca CO 3 ↓ .
5. Растворимые в воде соли могут вступать в реакцию обмена с другими растворимыми в воде солями, если в результате образуется хотя бы одно практически нерастворимое вещество.
Например
, при взаимодействии сульфида натрия с нитратом серебра образуются нитрат натрия и практически нерастворимый сульфид серебра:
Na 2 S + 2Ag NO 3 → Na NO 3 + Ag 2 S ↓ .
Видеофрагмент:
При взаимодействии нитрата бария с сульфатом калия образуются нитрат калия и практически нерастворимый сульфат бария:
Ba NO 3 2 + K 2 SO 4 → 2 KNO 3 + BaSO 4 ↓ .
6. Некоторые соли при нагревании разлагаются.
Причём химические реакции, которые протекают при этом, можно условно разделить на две группы:
- реакции, в ходе которых элементы не изменяют степень окисления,
- окислительно-восстановительные реакции.
A. Реакции разложения солей, протекающие без изменения степени окисления элементов.
В качестве примеров таких химических реакций рассмотрим, как протекает разложение карбонатов.
При сильном нагревании карбонат кальция (мел, известняк, мрамор) разлагается, образуя оксид кальция (жжёную известь) и углекислый газ:
CaCO 3 ⇄ t ° CaO + CO 2 .
Видеофрагмент:
Гидрокарбонат натрия (пищевая сода) при небольшом нагревании разлагается на карбонат натрия (соду), воду и углекислый газ:
2 NaHCO 3 ⇄ t ° Na 2 CO 3 + H 2 O + CO 2 .
Видеофрагмент:
Кристаллогидраты солей при нагревании теряют воду. Например, пентагидрат сульфата меди(\(II\)) (медный купорос), постепенно теряя воду, превращается в безводный сульфат меди(\(II\)):
CuSO 4 ⋅ 5 H 2 O → t ° Cu SO 4 + 5 H 2 O .
При обычных условиях образовавшийся безводный сульфат меди можно превратить в кристаллогидрат:
CuSO 4 + 5 H 2 O → Cu SO 4 ⋅ 5 H 2 O
Видеофрагмент:
Разрушение и образование медного купороса
|
Нитриты металлов в степени окисления +2 образуют кристалогидраты с одной, двумя или четырьмя молекулами воды. Нитриты образуют двойные и тройные соли, напр. CsNO 2 . AgNO 2 или Ba(NO 2) 2 . Ni(NO 2) 2 . 2KNO 2 , а также комплексные соединения, например Na 3 .
Кристаллические структуры известны лишь для нескольких безводных нитритов. Анион NO2 имеет нелинейную конфигурацию; угол ONO 115°, длина связи Н—О 0,115 нм; тип связи М—NO 2 ионно-ковалентный.
Хорошо растворимы в воде нитриты К, Na, Ba, плохо - нитриты Ag, Hg, Сu. С повышением температуры растворимость нитритов увеличивается. Почти все нитриты плохо растворимы в спиртах, эфирах и малополярных растворителях.
Нитриты термически малоустойчивы; плавятся без разложения только нитриты щелочных металлов, нитриты остальных металлов разлагаются при 25-300 °С. Механизм разложение нитритов сложен и включает ряд параллельно-последовательных реакций. Основные газообразные продукты разложения - NO, NO 2 , N 2 и О 2 , твёрдые - оксид металла или элементный металл. Выделение большого количества газов обусловливает взрывное разложение некоторых нитритов, например NH 4 NO 2 , который разлагается на N 2 и Н 2 О.
Характерные особенности нитритов связаны с их термической нестойкостью и способностью нитрит-иона быть как окислителем, так и восстановителем, в зависимости от среды и природы реагентов. В нейтральной среде нитриты обычно восстанавливаются до NO, в кислой окисляются до нитратов. Кислород и СО 2 не взаимодействуют с твердыми нитритами и их водными растворами. Нитриты способствуют разложению азотсодержащих органических веществ, в частности аминов, амидов и др. С органическими галогенидами RXН. реагируют с образованием как нитритов RONO, так и нитросоединений RNO 2 .
Промышленное получение нитритов основано на абсорбции нитрозного газа (смеси NO + NO 2) растворами Na 2 CO 3 или NaOH с последовательной кристализацией NaNO 2 ; нитриты остальных металлоов в промышленности и лабораториях получают обменной реакцией солей металлов с NaNO 2 или восстановлением нитратов этих металлов.
Нитриты применяют для синтеза азокрасителей, в производстве капролактама, в качестве окислителей и восстановителей в резинотехнической, текстильной и металлообрабатывающей промышленности, как консерванты пищевых продуктов. Нитриты например NaNО 2 и KNO 2 , токсичны, вызывают головную боль, рвоту, угнетают дыхание и т.д. При отравлении NaNO 2 в крови образуется метгемоглобин, повреждаются мембраны эритроцитов. Возможно образование нитрозаминов из NaNO 2 и аминов непосредственно в желудочно-кишечном тракте.
6.Сульфаты, соли серной кислоты. Известны средние сульфаты с анионом SO 4 2- кислые, или гидросульфаты, с анионом HSO 4 -, основные, содержащие наряду с анионом SO 4 2- - группы ОН, например Zn 2 (OH) 2 SO 4 . Существуют также двойные сульфаты, включающие два различных катиона. К ним относят две большие группы сульфатов - квасцы, а также шениты M 2 Э(SO 4) 2 . 6H 2 O, где М-однозарядный катион, Э - Mg, Zn и другие двухзарядные катионы. Известен тройной сульфат K 2 SO 4 . MgSO 4 . 2CaSO 4 . 2H 2 O (минерал полигалит), двойные основные сульфаты, например минералы групп алунита и ярозита M 2 SO 4 . Al 2 (SO 4) 3 . 4Al(OH 3 и M 2 SO 4 . Fe 2 (SO 4) 3 . 4Fe(OH) 3 , где М - однозарядный катион. Сульфаты могут входить в состав смешанных солей, напр. 2Na 2 SO 4 . Na 2 CO 3 (минерал беркеит), MgSO 4 . KCl . 3H 2 O (каинит).
Сульфаты - кристаллические вещества, средние и кислые в большенстве случаев хорошо растворимы в воде. Малорастворимы сульфаты кальции, стронция, свинца и некоторые др., практически нерастворимы BaSO 4 , RaSO 4 . Основные сульфаты, как правило, малорастворимы или практически нерастворимы, или гидролизуются водой. Из водных растворов сульфаты могут кристаллизоваться в виде кристаллогидратов. Кристаллогидраты некоторых тяжелых металлов называются купоросами; медный купорос СuSO 4 . 5H 2 O, железный купорос FeSO 4 . 7Н 2 О.
Средние сульфаты щелочных металлов термически устойчивы, в то время как кислые сульфаты при нагревании разлагаются, превращаясь в пиросульфаты: 2KHSO 4 = Н 2 О + K 2 S 2 O 7 . Средние сульфаты др. металлов, а также основные сульфаты при нагревании до достаточно высоких температур, как правило, разлагаются с образованием оксидов металлов и выделением SO 3 .
Сульфаты широко распространены в природе. Они встречаются в виде минералов, например гипс CaSO 4 . H 2 O, мирабилит Na 2 SO 4 . 10Н 2 О, а также входят в состав морской и речной воды.
Многие сульфаты могут быть получены при взаимодействии H 2 SO 4 с металлами, их оксидами и гидроксидами, а также разложением солей летучих кислот серной кислотой.
Неорганические сульфаты находят широкое применение. Например, аммония сульфат -азотное удобрение, натрия сульфат используют в стекольной, бумажной промышленности, производстве вискозы и др. Природные сульфатные минералы - сырье дм промышленного получения соединений различных металлов, строит, материалов и др.
7.Сульфиты, соли сернистой кислоты H 2 SO 3 . Различают средние сульфиты с анионом SO 3 2- и кислые (гидросульфиты) с анионом HSO 3 -. Средние сульфиты - кристаллические вещества. Сульфиты аммония и щелочных металлов хорошо растворимы в воде; растворимость (г в 100 г): (NH 4) 2 SO 3 40,0 (13 °С), К 2 SО 3 106,7 (20 °С). В водных растворах образуют гидросульфиты. Сульфиты щелочно-земельных и некоторых др. металлов практически не растворимы в воде; растворимость MgSO 3 1 г в 100 г (40°С). Известны кристаллогидраты (NH 4) 2 SO 3 . Н 2 O, Na 2 SO 3 . 7H 2 O, К 2 SO 3 . 2Н 2 O, MgSO 3 . 6H 2 O и др.
Безводные сульфиты при нагревании без доступа воздуха в запаянных сосудах диспропорционируют на сульфиды и сульфаты, при нагревании в токе N 2 теряют SO 2 , а при нагревании на воздухе легко окисляются до сульфатов. С SO 2 в водной среде средние сульфиты образуют гидросульфиты. Сульфиты - относительно сильные восстановители, окисляются в растворах хлором, бромом, Н 2 О 2 и др. до сульфатов. Разлагаются сильными кислотами (например, НС1) с выделением SO 2 .
Кристаллические гидросульфиты известны для К, Rb, Cs, NH 4 +, они малоустойчивы. Остальные гидросульфиты существуют только в водных растворах. Плотность NH 4 HSO 3 2,03 г/см3; растворимость в воде (г в 100 г): NH 4 HSО 3 71,8 (0°С), КНSO 3 49 (20 °С).
При нагревании кристаллических гидросульфитов Na или К либо при насыщении SO 2 кишящего раствора пульпы M 2 SO 3 , образуются пиросульфиты (устаревшее -метабисульфиты) М 2 S 2 O 5 - соли неизвестной в свободном состоянии пиросернистой кислоты H 2 S 2 O 5 ; кристаллы, малоустойчивы; плотность (г/см3): Na 2 S 2 O 5 1,48, К 2 S 2 O 5 2,34; выше ~ 160 °С разлагаются с выделением SO 2 ; растворяются в воде (с разложением до HSO 3 -), растворимость (г в 100 г): Na 2 S2O 5 64,4, К 2 S 2 O 5 44,7; образуют гидраты Na 2 S 2 O 5 . 7H 2 O и ЗК 2 S 2 O 5 . 2Н 2 О; восстановители.
Средние сульфиты щелочных металлов получают взаимодействием водного раствора М 2 СО 3 (или МОН) с SO 2 , a MSO 3 - пропусканием SO 2 через водную суспензию MCO 3 ; используют в основном SO 2 из отходящих газов контактных сернокислотных производств. Сульфиты применяют при отбеливании, крашении и печатании тканей, волокон, кож для консервирования зерна, зеленых кормов, кормовых промышленных отходов (NaHSO 3 , Na 2 S 2 О 5). CaSO 3 и Са(НSO 3) 2 - дезинфицирующие средства в виноделии и сахарной промышленности. NaНSO 3 , MgSO 3 , NН 4 НSO 3 - компоненты сульфитного щелока при варке целлюлозы; (NH 4) 2SO 3 - поглотитель SO 2 ; NaHSO 3 - поглотитель H 2 S из отходящих газов производств, восстановитель в производстве сернистых красителей. K 2 S 2 O 5 - компонент кислых фиксажей в фотографии, антиоксидант, антисептик.
Что такое соли?
Соли – это такие сложные вещества, которые состоят из атомов металла и кислотных остатков. В некоторых случаях соли в своем составе могут содержать водород.
Если мы внимательно подойдем к рассмотрению этого определения, то заметим, что по своему составу соли чем-то похожи на кислоты, только с той разницей, что кислоты состоят из атомов водорода, а соли содержат ионы металла. Из этого следует, что соли являются продуктами замещения атомов водорода в кислоте на ионы металла. Так, к примеру, если взять известную каждому поваренную соль NaCl, то ее можно рассматривать как продукт замещения водорода в соляной кислоте НС1 на ион натрия.
Но бывают и исключения. Взять, например, соли аммония, в них кислотные остатки с частицей NH4+, а не с атомами металла.
Типы солей
А теперь давайте более подробно рассмотрим классификацию солей.
Классификация:
К кислым солям относятся такие, в которых атомы водорода в кислоте частично заменены атомами металла. Их можно получить с помощью нейтрализации основания избытком кислоты.
К средним солям или как их еще нормальным, относятся такие соли, у которых в молекулах кислоты все атомы водорода замещены на атомы металла, например, таких, как Na2CO3, KNO3 и т.д.
К основным солям относятся те, где у которых происходить неполное или частичное замещение гидроксильных групп оснований кислотными остатками, такими, как: Аl(OH)SO4 , Zn(OH)Cl и т.д.
В составе двойных солей находится два различных катиона, которые получаются с помощью кристаллизации из смешанного раствора солей с разными катионами, но одинаковыми анионами.
Но, а к смешанным солям относятся такие, в составе которых находятся два различных аниона.
Также существуют комплексные соли, в состав которых входит комплексный катион или комплексный анион.
Физические свойства солей
Мы уже с вами знаем, что соли являются твердыми веществами, но следует знать, им свойственна различная растворимость в воде.
Если рассматривать соли с точки зрения растворимости в воде, то их можно поделить на такие группы, как:
Растворимые (Р),
- нерастворимые (Н)
- малорастворимые (М).
Номенклатура солей
Чтобы определить степень растворимости солей, можно обратиться к таблице растворимости кислот, оснований и солей в воде.
Как правило, все названия солее состоят из названий аниона, который представлен в именительном падеже и катиона, который стоит в родительном падеже.
Например: Na2SO4 - сульфат (И.п.) натрия (Р.п.).
Кроме того, для металлов в скобках указывают переменную степень окисления.
Возьмем для примера:
FeSO4 - сульфат железа (II).
Также следует знать, что существует международная номенклатура названия солей каждой кислоты, зависящая от латинского названия элемента. Так, например, соли серной кислоты, называются сульфатами. К примеру, СаSO4 – носит название сульфата кальция. А вот хлоридами называют соли соляной кислоты. Например, всем нам знакомая, NaCl называется хлоридом натрия.
Если же соли двухосновных кислот, то к их названию прибавляют частицу «би» или «гидро».
Например: Mg(HCl3)2 – будет звучать, как бикарбонат или гидрокарбонат магния.
Если в трехосновной кислоте один из атомов водорода заменить на металл, то следует еще добавить приставку «дигидро» и мы получим:
NaH2PO4 – дигидрофосфат натрия.
Химические свойства солей
А сейчас перейдем к рассмотрению химических свойств солей. Дело в том, что они определяются свойствами катионов и анионов, которые входят в их состав.
Значение соли для человеческого организма
В обществе давно идут дискуссии о вреде и пользе соли, которую она оказывает на организм человека. Но какой бы точки зрения не придерживались оппоненты, следует знать, что поваренная соль это минеральное природное вещество, которое жизненно необходимо для нашего организма.
Также следует знать, что при хронической нехватке в организме хлорида натрия, можно получить летальный исход. Ведь, если вспомнить уроки биологии, то нам известно, что тело человека на семьдесят процентов состоит из воды. А благодаря соли происходят процессы регулирования и поддержки водного баланса в нашем организме. Поэтому исключать употребление соли ни в коем случае нельзя. Конечно же, безмерное употребление соли так же ни к чему хорошему не приведет. И тут напрашивается вывод, что все должно быть в меру, так как ее недостаток, также как и избыток могут привести к нарушению баланса в нашем рационе.
Применение солей
Соли нашли свое применение, как в производственных целях, так и в нашей повседневной жизни. А сейчас давайте рассмотрим более детально и узнаем, где и какие соли чаще всего применяются.
Соли соляной кислоты
Из этого вида солей чаще всего используют хлорид натрия и хлорид калия. Поваренную соль, которую мы с вами употребляем в пищу добывают из морской, озерной воды, а также на соляных шахтах. И если хлорид натрия мы употребляем в пищу, то в промышленности его используют для получения хлора и соды. А вот хлорид калия незаменим в сельском хозяйстве. Его применяют, как калийное удобрение.
Соли серной кислоты
Что же касается солей серной кислоты, то они нашли широкое применение в медицине и строительстве. С ее помощью изготавливают гипс.
Соли азотной кислоты
Соли азотной кислоты, или как их еще называют нитраты, применяются в сельском хозяйстве в качестве удобрений. Самыми значимыми среди этих солей является нитрат натрия, нитрат калия, нитрат кальция и нитрат аммония. Их еще называют селитрами.
Ортофосфаты
Среди ортофосфатов, одним из наиболее важных, является ортофосфат кальция. Эта соль входит в основу таких минералов, как фосфориты и апатиты, которые необходимы при изготовлении фосфорных удобрений.
Соли угольной кислоты
Соли угольной кислоты или карбонат кальция можно встретит в природе, в виде мела, известняка и мрамора. Его используют для изготовления извести. А вот карбонат калия применяется, как составляющая сырья при производстве стекла и мыла.
Конечно, о соли вы знаете много интересного, но есть и такие факты, о которых вы вряд ли догадывались.
Вам, наверное, известен тот факт, что на Руси гостей было принято встречать с хлебом и солью, но злили вы, что за соль даже платили налог.
Известно ли вам, что были такие времена, когда соль ценилась больше золота. В древние времена римским воинам даже жалование платили солью. А самым дорогим и важным гостям в знак уважения преподносили горсть соли.
А знаете ли вы, что такое понятие, как «заработная плата» произошло от английского слова salary.
Оказывается, что поваренную соль можно применять в медицинских целях, так как она является отличным антисептиком и обладает ранозаживляющим и бактерицидным свойством. Ведь, наверное, каждый из вас наблюдал, будучи на море, что ранки на коже и мозоли в соленой морской воде заживают намного быстрее.
А знаете, почему зимой в гололед принято посыпать дорожки солью. Оказывается, если на лед насыпать соли, то лед превращается в воду, так как температура ее кристаллизации снизится на 1-3 градуса.
А известно ли вам, сколько соли человек употребляет в течение года. Оказывается, что за год мы с вами съедаем около восьми килограммов соли.
Оказывается, что людям, живущим в жарких странах, нужно употреблять соли в четыре раза больше, чем тем, кто живет в холодных климатических зонах, потому что во время жары выделяется большое количество пота, а с ним и выводятся соли с организма.
Известно большое число реакций, приводящих к образованию солей. Приведем наиболее важные из них.
1. Взаимодействие кислот с основаниями (реакция нейтрализации):
N аОН + Н NO 3 = N а NO 3 + Н 2 О
Al (OH ) 3 + 3НС1 = AlCl 3 + 3Н 2 О
2. Взаимодействие металлов с кислотами:
F е + 2 HCl = FeCl 2 + Н 2
Zn + Н 2 S О 4 разб. = ZnSO 4 + Н 2
3. Взаимодействие кислот с основными и амфотерными оксидами:
С uO + Н 2 SO 4 = С uSO 4 + Н 2 О
ZnO + 2 HCl = Zn С l 2 + Н 2 О
4. Взаимодействие кислот с солями:
FeCl 2 + H 2 S = FeS + 2 HCl
AgNO 3 + HCI = AgCl + HNO 3
Ba(NO 3 ) 2 + H 2 SO 4 = BaSO 4 + 2HNO 3
5. Взаимодействие растворов двух различных солей:
BaCl 2 + Na 2 SO 4 = Ва SO 4 + 2N аС l
Pb(NO 3 ) 2 + 2NaCl = Р b С 1 2 + 2NaNO 3
6. Взаимодействие оснований с кислотными оксидами (щелочей с амфотерными оксидами):
Са(ОН) 2 + СО 2 = СаСО 3 + Н 2 О,
2 N аОН (тв.) + ZnO Na 2 ZnO 2 + Н 2 О
7. Взаимодействие основных оксидов с кислотными:
Са
O
+ SiO
2
Са
SiO
3
Na 2 O + SO 3 = Na 2 SO 4
8. Взаимодействие металлов с неметаллами:
2К + С1 2 = 2КС1
F
е
+
S
F
е
S
9. Взаимодействие металлов с солями.
Cu + Hg(NO 3 ) 2 = Hg + Cu(NO 3 ) 2
Pb(NO 3 ) 2 + Zn = Р b + Zn(NO 3 ) 2
10. Взаимодействие растворов щелочей с растворами солей
CuCl 2 + 2NaOH = Cu(OH) 2 ↓+ 2NaCl
NaHCO 3 + NaOH = Na 2 CO 3 + H 2 O
Применение солей.
Ряд солей являются соединениями необходимыми в значительных количествах для обеспечения жизнедеятельности животных и растительных организмов (соли натрия, калия, кальция, а также соли, содержащие элементы азот и фосфор). Ниже, на примерах отдельных солей, показаны области применения представителей данного класса неорганических соединений, в том числе, в нефтяной промышленности.
N аС1 - хлорид натрия (соль пищевая, поваренная соль). О широте использования этой соли говорит тот факт, что мировая добыча этого вещества составляет более 200 млн. т.
Эта соль находит широкое применение в пищевой промышленности, служит сырьем для получения хлора, соляной кислоты, гидроксида натрия, кальцинированной соды (Na 2 CO 3 ). Хлорид натрия находит разнообразное применение в нефтяной промышленности, например, как добавка в буровые растворы для повышения плотности, предупреждения образования каверн при бурении скважин, как регулятор сроков схватывания цементных тампонажных составов, для понижения температуры замерзания (антифриз) буровых и цементных растворов.
КС1 - хлорид калия. Входит в состав буровых растворов, способствующих сохранению устойчивости стенок скважин в глинистых породах. В значительных количествах хлорид калия используется в сельском хозяйстве в качестве макроудобрения.
Na 2 CO 3 - карбонат натрия (сода). Входит в состав смесей для производства стекла, моющих средств. Реагент для увеличения щелочности среды, улучшения качества глин для глинистых буровых растворов. Используется для устранения жесткости воды при ее подготовке к использованию (например, в котлах), широко используется для очистки природного газа от сероводорода и для производства реагентов для буровых и тампонажных растворов.
Al 2 (SO 4 ) 3 - сульфат алюминия. Компонент буровых растворов, коагулянт для очистки воды от тонкодисперсных взвешенных частиц, компонент вязкоупругих смесей для изоляции зон поглощения в нефтяных и газовых скважинах.
N а 2 В 4 О 7 - тетраборат натрия (бура). Является эффективным реагентом - замедлителем схватывания цементных растворов, ингибитором термоокислительной деструкции защитных реагентов на основе эфиров целлюлозы.
B а S О 4 - сульфат бария (барит, тяжелый шпат). Используется в качестве утяжелителя ( 4,5 г/см 3) буровых и тампонажных растворов.
Fе 2 SO 4 - сульфат железа (П) (железный купорос). Используется для приготовления феррохромлигносульфоната - реагента-стабилизатора буровых растворов, компонент высокоэффективных эмульсионных буровых растворов на углеводородной основе.
F еС1 3 - хлорид железа (Ш). В сочетании со щелочью используется для очистки воды от сероводорода при бурении скважин водой, для закачки в сероводородсодержащие пласты с целью снижения их проницаемости, как добавка к цементам с целью повышения их стойкости к действию сероводорода, для очистки воды от взвешенных частиц.
CaCO 3 - карбонат кальция в виде мела, известняка. Является сырьем для производства негашеной извести СаО и гашеной извести Ca(OH) 2 . Используется в металлургии в качестве флюса. Применяется при бурении нефтяных и газовых скважин в качестве утяжелителя и наполнителя буровых растворов. Карбонат кальция в виде мрамора с определенным размером частиц применяется в качестве расклинивающего агента при гидравлическом разрыве продуктивных пластов с целью повышения нефтеотдачи.
CaSO 4 - сульфат кальция. В виде алебастра (2СаSО 4 · Н 2 О) широко используется в строительстве, входит в состав быстротвердеющих вяжущих смесей для изоляции зон поглощений. При добавке к буровым растворам в виде ангидрита (СаSО 4) или гипса (СаSО 4 · 2Н 2 О) придает устойчивость разбуриваемым глинистым породам.
CaCl 2 - хлорид кальция. Используется для приготовления буровых и тампонажных растворов для разбуривания неустойчивых пород, сильно снижает температуру замерзания растворов (антифриз). Применяется для создания растворов высокой плотности, не содержащих твердой фазы, эффективных для вскрытия продуктивных пластов.
N а 2 Si О 3 - силикат натрия (растворимое стекло). Используется для закрепления неустойчивых грунтов, для приготовления быстросхватывающихся смесей для изоляции зон поглощений. Применяется в качестве ингибитора коррозии металлов, компонента некоторых буровых тампонажных и буферных растворов.
AgNO 3 - нитрат серебра. Используется для химического анализа, в том числе пластовых вод и фильтратов буровых растворов на содержание ионов хлора.
Na 2 SO 3 - сульфит натрия. Используется для химического удаления кислорода (деаэрация) из воды в целях борьбы с коррозией при закачке сточных вод. Для ингибирования термоокислительной деструкции защитных реагентов.
Na 2 Cr 2 О 7 - бихромат натрия. Используется в нефтяной промышленности в качестве высокотемпературного понизителя вязкости буровых растворов, ингибитора коррозии алюминия, для приготовления ряда реагентов.
Современная химическая наука представляет собой множество разнообразных отраслей, и каждая из них, помимо теоретической базы, имеет большое прикладное значение, практическое. Чего ни коснись, все кругом - продукты химического производства. Главные разделы - это неорганическая и органическая химия. Рассмотрим, какие основные классы веществ относят к неорганическим и какими свойствами они обладают.
Главные категории неорганических соединений
К таковым принято относить следующие:
- Оксиды.
- Соли.
- Основания.
- Кислоты.
Каждый из классов представлен большим разнообразием соединений неорганической природы и имеет значение практически в любой структуре хозяйственной и промышленной деятельности человека. Все главные свойства, характерные для этих соединений, нахождение в природе и получение изучаются в школьном курсе химии в обязательном порядке, в 8-11 классах.
Существует общая таблица оксидов, солей, оснований, кислот, в которой представлены примеры каждого из веществ и их агрегатное состояние, нахождение в природе. А также показаны взаимодействия, описывающие химические свойства. Однако мы рассмотрим каждый из классов отдельно и более подробно.
Группа соединений - оксиды
4. Реакции, в результате которых элементы меняют СО
Me +n O + C = Me 0 + CO
1. Реагент вода: образование кислот (SiO 2 исключение)
КО + вода = кислота
2. Реакции с основаниями:
CO 2 + 2CsOH = Cs 2 CO 3 + H 2 O
3. Реакции с основными оксидами: образование соли
P 2 O 5 + 3MnO = Mn 3 (PO 3) 2
4. Реакции ОВР:
CO 2 + 2Ca = C + 2CaO,
Проявляют двойные свойства, взаимодействуют по принципу кислотно-основного метода (с кислотами, щелочами, основными оксидами, кислотными оксидами). С водой во взаимодействие не вступают.
1. С кислотами: образование солей и воды
АО + кислота = соль + Н 2 О
2. С основаниями (щелочами): образование гидроксокомплексов
Al 2 O 3 + LiOH + вода = Li
3. Реакции с кислотными оксидами: получение солей
FeO + SO 2 = FeSO 3
4. Реакции с ОО: образование солей, сплавление
MnO + Rb 2 O = двойная соль Rb 2 MnO 2
5. Реакции сплавления с щелочами и карбонатами щелочных металлов: образование солей
Al 2 O 3 + 2LiOH = 2LiAlO 2 + H 2 O
Каждый высший оксид, образованный как металлом, так и неметаллом, растворяясь в воде, дает сильную кислоту или щелочь.
Кислоты органические и неорганические
В классическом звучании (основываясь на позициях ЭД - электролитической диссоциации - Сванте Аррениуса) кислоты - это соединения, в водной среде диссоциирующие на катионы Н + и анионы остатков кислоты An - . Однако сегодня тщательно изучены кислоты и в безводных условиях, поэтому существует много разных теорий для гидроксидов.
Эмпирические формулы оксидов, оснований, кислот, солей складываются только из символов, элементов и индексов, указывающих их количество в веществе. Например, неорганические кислоты выражаются формулой H + кислотный остаток n- . Органические вещества имеют другое теоретическое отображение. Помимо эмпирической, для них можно записать полную и сокращенную структурную формулу, которая будет отражать не только состав и количество молекулы, но и порядок расположения атомов, их связь между собой и главную функциональную группу для карбоновых кислот -СООН.
В неорганике все кислоты делятся на две группы:
- бескислородные - HBr, HCN, HCL и другие;
- кислородсодержащие (оксокислоты) - HClO 3 и все, где есть кислород.
Также неорганические кислоты классифицируются по стабильности (стабильные или устойчивые - все, кроме угольной и сернистой, нестабильные или неустойчивые - угольная и сернистая). По силе кислоты могут быть сильными: серная, соляная, азотная, хлорная и другие, а также слабыми: сероводородная, хлорноватистая и другие.
Совсем не такое разнообразие предлагает органическая химия. Кислоты, которые имеют органическую природу, относятся к карбоновым кислотам. Их общая особенность - наличие функциональной группы -СООН. Например, НСООН (муравьиная), СН 3 СООН (уксусная), С 17 Н 35 СООН (стеариновая) и другие.
Существует ряд кислот, на которые особенно тщательно делается упор при рассмотрении данной темы в школьном курсе химии.
- Соляная.
- Азотная.
- Ортофосфорная.
- Бромоводородная.
- Угольная.
- Иодоводородная.
- Серная.
- Уксусная, или этановая.
- Бутановая, или масляная.
- Бензойная.
Данные 10 кислот по химии являются основополагающими веществами соответствующего класса как в школьном курсе, так и в целом в промышленности и синтезах.
Свойства неорганических кислот
К основным физическим свойствам нужно отнести в первую очередь различное агрегатное состояние. Ведь существует ряд кислот, имеющих вид кристаллов или порошков (борная, ортофосфорная) при обычных условиях. Подавляющее большинство же известных неорганических кислот представляет собой разные жидкости. Температуры кипения и плавления также варьируются.
Кислоты способны вызывать тяжелые ожоги, так как обладают силой, разрушающей органические ткани и кожный покров. Для обнаружения кислот используют индикаторы:
- метилоранж (в обычной среде - оранжевый, в кислотах - красный),
- лакмус (в нейтральной - фиолетовый, в кислотах - красный) или некоторые другие.
К важнейшим химическим свойствам можно отнести способность вступать во взаимодействие как с простыми, так и со сложными веществами.
| С чем взаимодействуют | Пример реакции |
1. С простыми веществами-металлами. Обязательное условие: металл должен стоять в ЭХРНМ до водорода, так как металлы, стоящие после водорода, не способны вытеснить его из состава кислот. В результате реакции всегда образуется водород в виде газа и соль. | |
2. С основаниями. Итогом реакции являются соль и вода. Подобные реакции сильных кислот с щелочами носят название реакций нейтрализации. | Любая кислота (сильная) + растворимое основание = соль и вода |
| 3. С амфотерными гидроксидами. Итог: соль и вода. | 2HNO 2 + гидроксид бериллия = Be(NO 2) 2 (соль средняя) + 2H 2 O |
| 4. С основными оксидами. Итог: вода, соль. | 2HCL + FeO = хлорид железа (II) + H 2 O |
| 5. С амфотерными оксидами. Итоговый эффект: соль и вода. | 2HI + ZnO = ZnI 2 + H 2 O |
6. С солями, образованными более слабыми кислотами. Итоговый эффект: соль и слабая кислота. | 2HBr + MgCO 3 = бромид магния + H 2 O + CO 2 |
При взаимодействии с металлами одинаково реагируют не все кислоты. Химия (9 класс) в школе предполагает весьма неглубокое изучение таких реакций, однако и на таком уровне рассматриваются специфические свойства концентрированной азотной и серной кислоты при взаимодействии с металлами.
Гидроксиды: щелочи, амфотерные и нерастворимые основания
Оксиды, соли, основания, кислоты - все эти классы веществ имеют общую химическую природу, объясняющуюся строением кристаллической решетки, а также взаимным влиянием атомов в составе молекул. Однако если для оксидов можно было дать вполне конкретное определение, то для кислот и оснований это сделать сложнее.
Так же, как и кислоты, основаниями по теории ЭД называются вещества, способные в водном растворе распадаться на катионы металлов Ме n+ и анионы гидроксогрупп ОН - .
- Растворимые или щелочи (сильные основания, изменяющие цвет индикаторов). Образованы металлами I, II групп. Пример: КОН, NaOH, LiOH (то есть учитываются элементы только главных подгрупп);
- Малорастворимые или нерастворимые (средней силы, не изменяющие окраску индикаторов). Пример: гидроксид магния, железа (II), (III) и другие.
- Молекулярные (слабые основания, в водной среде обратимо диссоциируют на ионы-молекулы). Пример: N 2 H 4, амины, аммиак.
- Амфотерные гидроксиды (проявляют двойственные основно-кислотные свойства). Пример: берилия, цинка и так далее.
Каждая представленная группа изучается в школьном курсе химии в разделе "Основания". Химия 8-9 класса подразумевает подробное изучение щелочей и малорастворимых соединений.
Главные характерные свойства оснований
Все щелочи и малорастворимые соединения находятся в природе в твердом кристаллическом состоянии. При этом температуры плавления их, как правило, невысоки, и малорастворимые гидроксиды разлагаются при нагревании. Цвет оснований разный. Если щелочи белого цвета, то кристаллы малорастворимых и молекулярных оснований могут быть самой различной окраски. Растворимость большинства соединений данного класса можно посмотреть в таблице, в которой представлены формулы оксидов, оснований, кислот, солей, показана их растворимость.
Щелочи способны изменять окраску индикаторов следующим образом: фенолфталеин - малиновый, метилоранж - желтый. Это обеспечивается свободным присутствием гидроксогрупп в растворе. Именно поэтому малорастворимые основания такой реакции не дают.
Химические свойства каждой группы оснований различны.
| Химические свойства | ||
| Щелочей | Малорастворимых оснований | Амфотерных гидроксидов |
I. Взаимодействуют с КО (итог -соль и вода): 2LiOH + SO 3 = Li 2 SO 4 + вода II. Взаимодействуют с кислотами (соль и вода): обычные реакции нейтрализации (смотрите кислоты) III. Взаимодействуют с АО с образованием гидроксокомплекса соли и воды: 2NaOH + Me +n O = Na 2 Me +n O 2 + H 2 O, или Na 2 IV. Взаимодействуют с амфотерными гидроксидами с образованием гидроксокомплексных солей: То же самое, что и с АО, только без воды V. Взаимодействуют с растворимыми солями с образованием нерастворимых гидроксидов и солей: 3CsOH + хлорид железа (III) = Fe(OH) 3 + 3CsCl VI. Взаимодействуют с цинком и алюминием в водном растворе с образованием солей и водорода: 2RbOH + 2Al + вода = комплекс с гидроксид ионом 2Rb + 3H 2 | I. При нагревании способны разлагаться: нерастворимый гидроксид = оксид + вода II. Реакции с кислотами (итог: соль и вода): Fe(OH) 2 + 2HBr = FeBr 2 + вода III. Взаимодействуют с КО: Me +n (OH) n + КО = соль + H 2 O | I. Реагируют с кислотами с образованием соли и воды: (II) + 2HBr = CuBr 2 + вода II. Реагируют с щелочами: итог - соль и вода (условие: сплавление) Zn(OH) 2 + 2CsOH = соль + 2H 2 O III. Реагируют с сильными гидроксидами: итог - соли, если реакция идет в водном растворе: Cr(OH) 3 + 3RbOH = Rb 3 |
Это большинство химических свойств, которые проявляют основания. Химия оснований достаточно проста и подчиняется общим закономерностям всех неорганических соединений.
Класс неорганических солей. Классификация, физические свойства
Опираясь на положения ЭД, солями можно назвать неорганические соединения, в водном растворе диссоциирующие на катионы металлов Ме +n и анионы кислотных остатков An n- . Так можно представить соли. Определение химия дает не одно, однако это наиболее точное.
При этом по своей химической природе все соли подразделяются на:
- Кислые (имеющие в составе катион водорода). Пример: NaHSO 4.
- Основные (имеющие в составе гидроксогруппу). Пример: MgOHNO 3 , FeOHCL 2.
- Средние (состоят только из катиона металла и кислотного остатка). Пример: NaCL, CaSO 4.
- Двойные (включают в себя два разных катиона металла). Пример: NaAl(SO 4) 3.
- Комплексные (гидроксокомплексы, аквакомплексы и другие). Пример: К 2 .
Формулы солей отражают их химическую природу, а также говорят о качественном и количественном составе молекулы.
Оксиды, соли, основания, кислоты обладают различной способностью к растворимости, которую можно посмотреть в соответствующей таблице.
Если же говорить об агрегатном состоянии солей, то нужно заметить их однообразие. Они существуют только в твердом, кристаллическом или порошкообразном состоянии. Цветовая гамма достаточно разнообразна. Растворы комплексных солей, как правило, имеют яркие насыщенные краски.
Химические взаимодействия для класса средних солей
Имеют схожие химические свойства основания, кислоты, соли. Оксиды, как мы уже рассмотрели, несколько отличаются от них по этому фактору.
Всего можно выделить 4 основных типа взаимодействий для средних солей.
I. Взаимодействие с кислотами (только сильными с точки зрения ЭД) с образованием другой соли и слабой кислоты:
KCNS + HCL = KCL + HCNS
II. Реакции с растворимыми гидроксидами с появлением солей и нерастворимых оснований:
CuSO 4 + 2LiOH = 2LiSO 4 соль растворимая + Cu(OH) 2 нерастворимое основание
III. Взаимодействие с другой растворимой солью с образованием нерастворимой соли и растворимой:
PbCL 2 + Na 2 S = PbS + 2NaCL
IV. Реакции с металлами, стоящими в ЭХРНМ левее того, что образует соль. При этом вступающий в реакцию металл не должен при обычных условиях вступать во взаимодействие с водой:
Mg + 2AgCL = MgCL 2 + 2Ag
Это главные типы взаимодействий, которые характерны для средних солей. Формулы солей комплексных, основных, двойных и кислых сами за себя говорят о специфичности проявляемых химических свойств.
Формулы оксидов, оснований, кислот, солей отражают химическую сущность всех представителей данных классов неорганических соединений, а кроме того, дают представление о названии вещества и его физических свойствах. Поэтому на их написание следует обращать особое внимание. Огромное разнообразие соединений предлагает нам в целом удивительная наука - химия. Оксиды, основания, кислоты, соли - это лишь часть необъятного многообразия.