Химия - удивительная наука, позволяющая как проводить захватывающие эксперименты, так и изобретать полезные вещества для человечества. Но чтобы безопасно работать с химическими соединениями, необходимо знать их свойства.
Предназначение таблицы растворимости
Важнейшим подспорьем любого химика является таблица растворимости катионов и анионов. Это своего рода справочник, показывающий, насколько хорошо различные вещества растворяются в воде и других растворителях.
Растворимостью называется способность веществ вступать в реакцию и образовывать однородную систему, в которой все соединения полностью диссоциируют на ионы.
Первые таблицы растворимости появились в XIX веке после открытия законов электролитической диссоциации. Ученые выделяют 7 основных типов растворимости:
- Хорошо растворимые вещества
- Плохо растворимые вещества
- Растворимые в разбавленных кислотах
- Растворимые только в концентрированных кислотах
- Нерастворимые в кислотах и воде
- Подвергающиеся гидролизу с разложением
- Неустойчивые в контакте с водой
Знание типов растворимости помогает:
- Безопасно проводить химические опыты
- Подбирать оптимальные условия для синтеза веществ
- Прогнозировать возможность протекания реакций между соединениями
- Объяснять природу различных явлений, связанных с растворами электролитов
Электролитическая теория растворов
Электролитами называют растворы или расплавы веществ, проводящие электрический ток. Причина их электропроводности - наличие свободных заряженных частиц - ионов.
Согласно теории электролитической диссоциации, в растворителе молекулы электролита распадаются на катионы и анионы. Например, поваренная соль NaCl диссоциирует следующим образом:
NaCl → Na+ + Cl-
При включении электрического тока ионы устремляются к электродам с противоположным знаком заряда, что и обеспечивает проводимость раствора.
| Тип электролита | Степень диссоциации |
| Сильные | Полная при любой концентрации |
| Слабые | Частичная, зависит от концентрации |
В промышленности и быту электролиты используются повсеместно:
- В гальванических элементах для выработки электроэнергии
- При электролизе и гальванопластике
- Для приготовления моющих и антикоррозийных растворов
- В качестве электродов при сварке металлов
Понимание механизмов диссоциации помогает оптимизировать все эти процессы.
Катионы и анионы
Любой электролит при растворении или плавлении распадается именно на такие частицы - катионы и анионы. Давайте разберемся, что же это такое.
Катион - положительно заряженный ион, возникающий при потере электронов атомом или молекулой.
Типичные представители: ионы металлов (Na+, Ca2+, Al3+), аммония (NH4+), водорода (H+).
Анион - отрицательно заряженный ион, образующийся при присоединении электронов атомом.
Распространенные анионы - галогениды (Cl-, Br-, I-), сульфат (SO42-), нитрат (NO 3-) и др.
Образование ионов можно проиллюстрировать на примере взаимодействия натрия с хлором с образованием хлорида натрия:
- Атом Na отдает электрон и превращается в катион Na+
- Атом Cl принимает электрон и становится анионом Cl-
- Ионы притягиваются друг к другу, образуя ионную кристаллическую решетку
Подобный механизм реализуется при образовании большинства солей, кислот и оснований. Поэтому знание свойств типичных катионов и анионов крайне важно для понимания химических процессов.
Ионная природа неорганических соединений
Благодаря образованию ионов, неорганические соединения приобретают специфические свойства. Рассмотрим на примере солей.
Соль представляет собой продукт взаимодействия кислоты и основания, состоящий из катионов металла и анионов кислотного остатка. Например:
- Хлорид натрия NaCl
- Сульфат меди CuSO4
- Нитрат калия KNO 3
Ионное строение определяет высокие температуры плавления, хрупкость кристаллов и растворимость солей в воде. Поэтому знание ионного состава помогает прогнозировать свойства неорганических соединений.
Типичные анионы
Анионы бывают самых разных типов в зависимости от природы образовавшего их элемента. Рассмотрим наиболее распространенные.
- Галогениды - F-, Cl-, Br-, I-
- Оксид-ионы - O2-, S2-
- Гидроксид-ион OH-
- Сульфат SO42-
- Нитрат NO 3-
- Карбонат CO32-
Зная тип аниона по таблице катионов анионов, можно делать выводы о кислотно-основных и окислительно-восстановительных свойствах соединения.
Кислотные остатки и их анионы
Кислотным остатком называется отрицательно заряженная часть молекулы кислоты, переходящая в анион при электролитической диссоциации. Например:
| Кислота | Кислотный остаток | Анион |
| Азотная HNO 3 | NO 3 | Нитрат NO 3- |
| Серная H2SO4 | SO4 | Сульфат SO42- |
Для некоторых анионов (нитрит NO 2−, сульфит SO32− и др.) соответствующих кислот в свободном виде не существует. Тем не менее они входят в состав различных солей.
Анализ возможности протекания реакций
Одно из важнейших применений таблицы качественных реакций - анализ возможности протекания химической реакции между веществами в заданных условиях. Рассмотрим это на примере.
Имеется раствор хлорида бария BaCl2. Необходимо определить, приведет ли добавление сульфата натрия Na2SO4 к образованию осадка.
- Составляем молекулярное уравнение реакции: BaCl2 + Na2SO4 → BaSO4↓ + 2NaCl
- По таблице с названиями находим, что все реагенты растворимы, кроме BaSO4
- Делаем вывод, что реакция приведет к образованию труднорастворимого осадка сульфата бария
Аналогичным образом можно решать множество задач по неорганической химии, опираясь на данные о растворимости.
