Химические свойства и способы получения солей

Важным свойством солей является их растворимость в воде. По данному критерию выделяют растворимые, мало растворимые и нерастворимые соли.

1. Средние (нормальные) соли — продукты замещения всех катионов водорода в молекулах кислоты на катионы металла (Na₂CO₃, K₃PO₄).
2. Кислые соли — продукты частичного замещения катионов водорода в кислотах на катионы металла (NaHCO₃, K₂HPO₄). Они образуются при нейтрализации основания избытком кислоты (то есть в условиях недостатка основания или избытка кислоты).
3. Осно́вные соли — продукты неполного замещения гидроксогрупп основания (OH^–) кислотными остатками ((CuOH)₂CO₃). Они образуются в условиях избытка основания или недостатка кислоты.
4. Комплексные соли — это сложные вещества, в состав которых входят комплексный катион и анион, либо катион и комплексный анион (Na₂[Zn(OH)₄]).

1. Простые соли — соли, состоящие из одного вида катионов и одного вида анионов (NaCl)
2. Двойные соли — соли, содержащие два различных катиона (KAl(SO₄)₂·12 H₂O).
3. Смешанные соли — соли, в составе которых присутствует два различных аниона (Ca(OCl)Cl).

При действии концентрированной серной кислоты на твёрдый хлорид натрия выделяется хлороводород:

110^{o}C} NaHSO_{4}+HCl\uparrow }}}” data-class=”mwe-math-fallback-image-inline”> 

С раствором нитрата серебра образует белый осадок хлорида серебра (качественная реакция на хлорид-ион):

Учитывая огромные природные запасы хлорида натрия, необходимости в его промышленном или лабораторном синтезе нет. Однако, его можно получить различными химическими методами как основной или побочный продукт.

Поскольку хлорид натрия в водном растворе почти полностью диссоциирован на ионы:

Его химические свойства в водном растворе определяются соответствующими химическими свойствами катионов натрия и хлорид-анионов.

Химические свойства определяются свойствами катионов и анионов, входящих в их состав.

Соли взаимодействуют с кислотами и основаниями, если в результате реакции получается продукт, который выходит из сферы реакции (осадок, газ, малодиссоциирующие вещества, например, вода):

Соли взаимодействуют с металлами, если свободный металл находится левее металла в составе соли в электрохимическом ряду активности металлов:

Соли взаимодействуют между собой, если продукт реакции выходит из сферы реакции (образуется газ, осадок или вода); в том числе эти реакции могут проходить с изменением степеней окисления атомов реагентов:

Многие соли разлагаются при нагревании:

Диссоциация в водных растворах

Основная статья: Галит

• рассолы современных соляных бассейнов
• соляные подземные воды
• залежи минеральных солей современных соляных бассейнов
• ископаемые залежи (важнейшие для промышленности).

Морская соль является смесью солей (хлориды, карбонаты, сульфаты и т. д.), образующейся при полном испарении морской воды. Среднее содержание солей в морской воде составляет:

В древности технология добычи соли заключалась в том, что соляную рапу (раствор) вытаскивали лошадиным приводом из шахт, которые назывались «колодцами» или «окнами», и были достаточно глубокими — 60—90 м. Извлечённый солевой раствор выливали в особый резервуар — творило, откуда она через отверстия стекала в нижний резервуар, и системой жёлобов подавалась в деревянные башни. Там её разливали в большие чаны, на которых соль вываривали.

Беломорской солью, называемой «морянкой», торговали по всей Российской империи до начала XX века, пока её не вытеснила более дешёвая поволжская соль.

Современная добыча хлорида натрия механизирована и автоматизирована. Соль массово добывается выпариванием морской воды (тогда её называют морской солью) или рассола с других ресурсов, таких как соляные источники и соляные озера, а также разработкой соляных шахт и добычей каменной соли.
Для добычи хлорида натрия из морской воды необходимы условия жаркого климата с низкой влажностью воздуха, наличие значительных низменных территорий, лежащих ниже уровня моря, или затопляемых приливом, слабая водопроницаемость почвы испарительных бассейнов, малое количество осадков в течение сезона активного испарения, отсутствие влияния пресных речных вод и наличие развитой транспортной инфраструктуры.

• Добыча соли в южной части Мертвого моря, Израиль

• Плантация морской соли в Дакаре

• Соляные кучи на солончаке Уюни, Боливия

Физиологически обоснованная суточная норма потребления соли в умеренном климате для человека средней массы в возрасте 30 лет составляет 4-6 граммов соли, однако во многих странах она традиционно значительно выше — примерно 10-20 граммов, а в условиях жаркого климата из-за повышенного потоотделения — до 25-30 граммов. В случае экстремальных нагрузок на организм суточная потребность в соли может достигать 100-150 граммов. Соль является регулятором осмотического давления, водного обмена, способствует образованию соляной кислоты желудочного сока, активизирует деятельность ферментов. Но чрезмерное употребление соли приводит к повышению кровяного давления, болезни почек и сердца. Недостаток соли в организме вызывает разрушение костной и мышечной тканей. Она может вызвать депрессию, нервные расстройства, ухудшение пищеварения и сердечно-сосудистой деятельности, спазмы гладкой мускулатуры, остеопороз, анорексию. В случае хронической нехватки хлорида натрия возможен летальный исход.
Домашние животные (коровы, овцы, лошади, козы) также нуждаются в соли. Недостаток хлорида натрия в организме молодого животного вызывает задержку в росте и наборе веса, а у взрослого — вялость, потерю аппетита, снижение надоев молока и частичную потерю веса. Поскольку корма и листья растения содержат мало соли, на современных фермах ее добавляют в состав комбикормов и дополнительно также обогащают витаминами и минеральными веществами, необходимыми для здоровья скота.

Под степенью гидролиза понимается отношение концентрации соли, подвергающейся гидролизу, к общему количеству концентрации растворенной соли. Обозначается как α или h_гидр.

 , где  — число молей гидролизованной соли,  — общее число молей растворённой соли.

Константа гидролиза — константа равновесия гидролитической реакции, равная отношению произведения равновесных концентраций продуктов к равновесной концентрации соли с учётом стехиометрических коэффициентов. По величине константы гидролиза можно судить о полноте гидролиза: чем больше её значение, тем в большей мере протекает гидролиз.

Для реакции гидролиза соли   для которой протекает следующая реакция гидролиза:

 , где   и   — соответственно, кислота и основание, образующиеся в ходе гидролиза.

Можно записать константу гидролиза, приняв, что концентрация воды постоянна:

Связь константы и степени гидролиза

Константа и степень гидролиза связаны соотношением:

 , где   – концентрация соли в растворе,   – степень гидролиза.

При малой степени гидролиза (<span data-src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/afb335519a11d647c3de3055bc795bf4558cbbcb" data-alt="{\displaystyle h< ), выражение упрощается:

Связь константы гидролиза с другими константами равновесия

Константа гидролиза связана с ионным произведением воды и константами кислотности и основности следующим образом:

 , где  – ионное произведение воды (10^-14), а   и   – константы кислотности и основности соответственно.

В пищевой промышленности и кулинарии

В пищевой промышленности и кулинарии используют хлорид натрия, чистота которого должна быть не менее 97 %. Его применяют как вкусовую добавку и для консервирования пищевых продуктов. Такой хлорид натрия имеет товарное название поваренная соль, порой также употребляются названия пищевая, столовая, а также уточнение названия в зависимости от её происхождения — каменная, морская, и по составу добавок — йодированная, фторированная и т. д. Такая соль является кристаллическим сыпучим продуктом с солёным вкусом без привкуса, без запаха (за исключением йодированной соли), в котором не допускаются посторонние примеси, не связанные с методом добывания соли. Кроме хлорида натрия, поваренная соль содержит небольшое количество солей кальция, магния, калия, которые придают ей гигроскопичность и жёсткость. Чем меньше этих примесей в соли, тем выше её качество.

Выделяют сорта: экстра, высший, первый и второй. Массовая доля хлористого натрия в сортах, %:

• экстра — не менее 99,5;
• высший — 98,2;
• первый — 97,5;
• второй — 97,0.

Массовая доля влаги в выварочной соли сорта «экстра» 0,1 %, в высшем сорте — 0,7 %. Допускают добавки йодида калия (йодистого калия), йодата калия, фторидов калия и натрия. Массовая доля йода должна составлять (40,0 ± 15,0) × 10⁻⁴ %, фтора (25,0 ± 5,0) × 10⁻³ %. Цвет экстра и высшего сортов — белый, однако для первого и второго допускается серый, желтоватый, розовый и голубоватый оттенки в зависимости от происхождения соли. Пищевую поваренную соль производят молотой и сеяной. По размеру зёрен молотую соль подразделяют на номера: 0, 1, 2, 3. Чем больше номер, тем больше зерна соли.

В кулинарии хлорид натрия потребляют как важнейшую приправу. Соль имеет характерный вкус, без которого пища кажется человеку пресной. Такая особенность соли обусловлена физиологией человека. Однако зачастую люди потребляют соли больше, чем нужно для физиологических процессов.

Хлорид натрия имеет слабые антисептические свойства — 10-15%-ное содержание соли предотвращает размножение гнилостных бактерий. Этот факт обусловливает её широкое применение как консерванта.

В коммунальном хозяйстве. Техническая соль

Зимой хлорид натрия, смешанный с другими солями, песком или глиной — так называемая техническая соль — применяется как антифриз против гололёда. В некоторых странах ей посыпают проезжую часть и тротуары, хотя это отрицательно влияет на кожаную обувь и техническое состояние автотранспорта ввиду коррозийных процессов.

Регенерация Nа-катионитовых фильтров

Nа-катионитовые фильтры широко применяются в установках умягчения воды всех мощностей при водоподготовке. Катионитным материалом на современных водоподготовительных установках служат в основном глауконит, полимерные ионообменные смолы и сульфированные угли. Наиболее распространены сульфокатионитные ионообменные смолы.

Регенерацию Nа-катионитовых фильтров осуществляют 6—10%-м раствором поваренной соли, в результате катионит переводится в Na-форму, регенерируется. Реакции идут по уравнениям:

Получение хлора и гидроксида натрия

• на катоде как побочный продукт выделяется водород вследствие восстановления ионов H⁺, образованных в результате электролитической диссоциации воды:

• суммарная реакция:

Поэтому для получения гидроксида натрия применяют диафрагму и соответствующий метод получения NaOH называют диафрагменным. В качестве диафрагмы применяют асбестовый картон. В процессе электролиза раствор хлорида натрия постоянно подаётся в анодное пространство, а из катодного пространства непрерывно вытекает раствор хлорида и гидроксида натрия. Во время выпаривания последнего хлорид кристаллизуется, поскольку его растворимость в 50 % растворе NaOH крайне мала (0,9 %). Полученный раствор NaOH выпаривают в железных чанах, затем сухой остаток переплавляют.

Амальгаму позже разлагают горячей водой с образованием гидроксида натрия и водорода, а ртуть перекачивают насосом обратно в электролизер:

Суммарная реакция процесса такая же, как и в случае диафрагменного метода.

Получение металлического натрия

Металлический натрий получают электролизом расплава хлорида натрия. Происходят следующие процессы:

• на катоде выделяется натрий:

• на аноде выделяется хлор (как побочный продукт):

• суммарная реакция:

Получение соляной кислоты и сульфата натрия

Среди многих промышленных методов получения соляной кислоты, то есть водного раствора хлороводорода (HCl), применяется реакция обмена между твёрдым хлоридом натрия и концентрированной серной кислотой:

<span data-src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/9950d57ce01428691e00a0ed59f38eacec57101b" data-alt="{\displaystyle {\mathsf {NaCl+H_{2}SO_{4}\ {\xrightarrow {t 

Этот метод применяется также для получения хлороводорода в лабораторных условиях.

Номенклатура солей кислородсодержащих кислот

CO₃^2- — карбонат,

GeO₃^2- — германат.

Если кислотообразующий элемент может принимать две степени окисления, то для аниона, образованного этим элементом в более высокой степени окисления, применяют суффикс –ат, а для аниона с элементом в меньшей степени окисления — суффикс –ит:

SO₄^2- — сульфат,

SO₃^2- — сульфит.

Если элемент может принимать три степени окисления, то для высшей, средней и низшей степени окисления используют соответственно суффиксы –ат, –ит и суффикс –ит с приставкой гипо-:

NO₃^– — нитрат,

NO₂^– — нитрит,

N₂O₂^2- — гипонитрит.

Наконец, в случае элементов, принимающих четыре степени окисления, для высшей степени окисления применяют приставку пер– и суффикс –ат, далее (в порядке понижения степени окисления) суффикс –ат, суффикс –ит и суффикс –ит с приставкой гипо-:

ClO₄^– — перхлорат,

ClO₃^– — хлорат,

ClO₂^– — хлорит,

ClO^– — гипохлорит^[10].

LiBO₂ — диоксоборат(III) лития

Na₂Cr₂O₇ — гептаоксодихромат(VI) натрия

NaHSO₄ — тетраоксосульфат(VI) водорода-натрия

Номенклатура солей бескислородных кислот

Для образования названий солей бескислородных кислот пользуются общими правилами составления названий бинарных соединений: применяются либо универсальные номенклатурные правила с указанием числовых приставок, либо способ Штока с указанием степени окисления, причём второй способ является предпочтительным.

Температура плавления +800,8 °С, кипения +1465 °С.

Смесь измельчённого льда с мелким порошком хлорида натрия является эффективным охладителем. Так, при смешивании 30 г NaCl и 100 г льда смесь охлаждается до температуры −20 °C. Это происходит потому, что водный раствор соли замерзает при температуре ниже 0 °C. Лёд, имеющий температуру около 0 °C, плавится в таком растворе, поглощая тепло окружающей среды.

Диэлектрическая проницаемость NaCl — 6,3

Плотность и концентрация водных растворов NaCl

Многие минералы — соли, образующие залежи (например, галит  , сильвин  , флюорит  ).

Хлорид натрия образует бесцветные кристаллы кубической сингонии, пространственная группа Fmm, параметры ячейки  = 0,563874 нм, = 2,17 г/см³. Каждый из ионов Cl⁻ окружён шестью ионами Na⁺ в октаэдрической конфигурации, и наоборот. Если мысленно отбросить, например, ионы Na⁺, то останется плотно упакованная кубическая структура ионов Cl⁻, называемая гранецентрированной кубической решёткой. Ионы Na⁺ тоже образуют плотно упакованную кубическую решётку. Таким образом, кристалл состоит из двух подрешёток, сдвинутых друг относительно друга на полупериод. Такая же решётка характерна для многих других минералов.

В кристаллической решётке между атомами преобладает ионная химическая связь, что является следствием действия электростатического взаимодействия противоположных по заряду ионов.

Гидролиз солей — разновидность реакций гидролиза, обусловленного протеканием реакций ионного обмена в растворах растворимых солей. Движущей силой процесса является взаимодействие ионов вещества с водой, приводящее к образованию слабого электролита в ионном или молекулярном виде.

1. Гидролиз соли слабой кислоты и сильного основания (гидролиз по аниону). Раствор имеет слабощелочную среду, реакция протекает обратимо.

Гидролиз по второй ступени протекает в ничтожной степени:

2. Гидролиз соли сильной кислоты и слабого основания (гидролиз по катиону). Раствор имеет слабокислую среду, реакция протекает обратимо.

Гидролиз по второй ступени протекает в ничтожной степени:

3. Гидролиз соли слабой кислоты и слабого основания. Равновесие смещено в сторону продуктов, гидролиз протекает практически полностью, так как оба продукта образуют осадок или газ:

4. Соль сильной кислоты и сильного основания не подвергается гидролизу, и раствор нейтрален. В растворе протекает следующая реакция:

Живые организмы осуществляют гидролиз различных органических веществ в ходе реакций катаболизма при участии ферментов. Например, в ходе гидролиза при участии пищеварительных ферментов белки расщепляются на аминокислоты. А жиры на глицерин и жирные кислоты, полисахариды (например, крахмал и целлюлоза) — на моносахариды (например, на глюкозу), нуклеиновые кислоты — на свободные нуклеотиды.

При гидролизе жиров в присутствии щёлочей получают мыло; гидролиз жиров в присутствии катализаторов применяется для получения глицерина и жирных кислот. Гидролизом древесины получают этанол, а продукты гидролиза торфа находят применение в производстве кормовых дрожжей, воска, удобрений и др.