stringtranslate.com

Соль (химия)

Кристаллическая структура хлорида натрия , NaCl, типичной соли. Фиолетовые сферы представляют катионы натрия , Na + , а зеленые сферы представляют анионы хлорида , Cl − . Желтые точки показывают электростатические силы.

В химии соль или ионное соединение — это химическое соединение, состоящее из совокупности положительно заряженных ионов ( катионов ) и отрицательно заряженных ионов ( анионов ) , [1] что приводит к соединению без чистого электрического заряда (электрически нейтральному). Составляющие ионы удерживаются вместе электростатическими силами, называемыми ионными связями .

Составляющие ионы в соли могут быть как неорганическими , такими как хлорид (Cl− ) , так и органическими , такими как ацетат ( CH
3Операционный директор−
). Каждый ион может быть либо одноатомным (называемым простым ионом ), например, фторид (F − ), натрий (Na + ) и хлорид (Cl − ) в хлориде натрия , либо многоатомным , например, сульфат ( SO2−
4) и аммоний ( NH+
4) и карбонат ( CO2−
3) ионов в карбонате аммония . Соли, содержащие основные ионы гидроксида (ОН − ) или оксида (О 2− ), классифицируются как основания , например, гидроксид натрия .

Отдельные ионы в соли обычно имеют несколько близких соседей, поэтому они не считаются частью молекул, а частью непрерывной трехмерной сети. Соли обычно образуют кристаллические структуры в твердом состоянии.

Соли, состоящие из небольших ионов, обычно имеют высокие температуры плавления и кипения , твердые и хрупкие . В твердом состоянии они почти всегда являются электроизолирующими , но при плавлении или растворении они становятся высокопроводящими , поскольку ионы становятся подвижными. Некоторые соли имеют большие катионы, большие анионы или и то, и другое. По своим свойствам такие виды часто больше похожи на органические соединения.

История открытия

Рентгеновский спектрометр, разработанный У. Х. Брэггом

В 1913 году Уильям Генри Брэгг и Уильям Лоуренс Брэгг определили структуру хлорида натрия . [2] [3] [4] Это показало, что для каждого атома существует шесть равноудаленных ближайших соседей , что свидетельствует о том, что составляющие не организованы в молекулы или конечные агрегаты, а вместо этого представляют собой сеть с дальним кристаллическим порядком. [4] Было обнаружено, что многие другие неорганические соединения также имеют схожие структурные особенности. [4] Вскоре эти соединения были описаны как состоящие из ионов, а не нейтральных атомов , но доказательство этой гипотезы было найдено только в середине 1920-х годов, когда были проведены эксперименты по отражению рентгеновских лучей (которые обнаруживают плотность электронов). [4] [5]

Основными авторами теоретического подхода к ионной кристаллической структуре были Макс Борн , Фриц Габер , Альфред Ланде , Эрвин Маделунг , Пауль Петер Эвальд и Казимеж Фаянс . [6] Борн предсказал кристаллическую энергию, основываясь на предположении об ионных компонентах, что показало хорошее соответствие термохимическим измерениям, что еще раз подтвердило это предположение. [4]

Формирование

Белые кристаллы образуют образец минерала галита, показанный на черном фоне.
Галит , минеральная форма хлорида натрия , образуется при испарении соленой воды, оставляя ионы.
Твердый сульфат свинца(II) (PbSO 4 )

Многие металлы, такие как щелочные металлы, напрямую реагируют с электроотрицательными галогенами , образуя соли. [7] [8]

Соли образуются при испарении их растворов . [9] Как только раствор становится перенасыщенным , происходит зарождение твердого соединения. [9] Этот процесс широко распространен в природе и является средством образования минералов эвапорита . [10]

Нерастворимые соли можно осадить, смешав два раствора, один с катионом, а другой с анионом. Поскольку все растворы электрически нейтральны, два смешанных раствора должны также содержать противоионы противоположных зарядов. Чтобы гарантировать, что они не загрязняют осажденную соль, важно убедиться, что они также не выпадут в осадок. [11] Если в двух растворах в качестве противоионов присутствуют ионы водорода и гидроксид-ионы, они будут реагировать друг с другом в так называемой кислотно-щелочной реакции или реакции нейтрализации с образованием воды. [12] В качестве альтернативы противоионы можно выбрать так, чтобы гарантировать, что даже при объединении в один раствор они останутся растворимыми как ионы-наблюдатели . [11]

Если растворителем является вода в методе образования путем испарения или осаждения, во многих случаях образующийся ионный кристалл также включает кристаллизационную воду , поэтому продукт известен как гидрат и может иметь совершенно иные химические свойства по сравнению с безводным материалом. [13]

Расплавленные соли затвердевают при охлаждении ниже точки замерзания . [14] Иногда это используется для твердофазного синтеза сложных солей из твердых реагентов, которые сначала расплавляются вместе. [15] В других случаях твердые реагенты не нужно расплавлять, вместо этого они могут реагировать по пути твердофазной реакции . В этом методе реагенты многократно тонко измельчаются в пасту, а затем нагреваются до температуры, при которой ионы в соседних реагентах могут диффундировать вместе в то время, когда смесь реагентов остается в печи. [8] В других синтетических путях используется твердый прекурсор с правильным стехиометрическим соотношением нелетучих ионов, который нагревается для удаления других видов. [8]

В некоторых реакциях между высокореакционными металлами (обычно из группы 1 или группы 2 ) и высокоэлектроотрицательными галогенными газами или водой атомы могут ионизироваться посредством переноса электронов [16], процесс , термодинамически понимаемый с использованием цикла Борна-Габера [17] .

Соли образуются в результате реакций солеобразования.

Склеивание

Схематическая электронная диаграмма оболочки атомов натрия и фтора , подвергающихся окислительно-восстановительной реакции с образованием фторида натрия . Натрий теряет свой внешний электрон , чтобы получить стабильную электронную конфигурацию , и этот электрон экзотермически входит в атом фтора . Противоположно заряженные ионы — обычно их очень много — затем притягиваются друг к другу, образуя твердое тело.

Ионы в солях в основном удерживаются вместе электростатическими силами между распределением заряда этих тел и, в частности, ионной связью, возникающей в результате дальнодействующего кулоновского притяжения между чистым отрицательным зарядом анионов и чистым положительным зарядом катионов. [18] Существует также небольшая дополнительная сила притяжения от взаимодействий Ван-дер-Ваальса , которая вносит лишь около 1–2% энергии сцепления для малых ионов. [19] Когда пара ионов подходит достаточно близко, чтобы их внешние электронные оболочки (большинство простых ионов имеют закрытые оболочки ) перекрывались, возникает короткодействующая отталкивающая сила, [20] из-за принципа исключения Паули . [21] Баланс между этими силами приводит к потенциальной энергетической яме с минимальной энергией, когда ядра разделены определенным равновесным расстоянием. [20]

Если электронная структура двух взаимодействующих тел подвержена влиянию присутствия друг друга, ковалентные взаимодействия (неионные) также вносят вклад в общую энергию образующегося соединения. [22] Соли редко бывают чисто ионными, т. е. удерживаются вместе только электростатическими силами. Связи даже между самыми электроотрицательными / электроположительными парами, такими как во фториде цезия, демонстрируют небольшую степень ковалентности . [23] [24] Наоборот, ковалентные связи между разноименными атомами часто демонстрируют некоторое разделение зарядов и могут считаться имеющими частичный ионный характер. [22] Обстоятельства, при которых соединение будет иметь ионный или ковалентный характер, обычно можно понять с помощью правил Фаянса , которые используют только заряды и размеры каждого иона. Согласно этим правилам, соединения с самым ионным характером будут иметь большие положительные ионы с низким зарядом, связанные с небольшим отрицательным ионом с высоким зарядом. [25] В более общем смысле можно применить теорию HSAB , согласно которой соединения с наиболее ионным характером — это те, которые состоят из жестких кислот и жестких оснований: небольшие, высокозаряженные ионы с большой разницей в электроотрицательности между анионом и катионом. [26] [27] Эта разница в электроотрицательности означает, что разделение зарядов и результирующий дипольный момент сохраняются даже при контакте ионов (избыточные электроны на анионах не переносятся и не поляризуются для нейтрализации катионов). [28]

Хотя химики классифицируют идеализированные типы связей как ионные или ковалентные, существование дополнительных типов, таких как водородные связи и металлические связи , например, привело некоторых философов науки к предположению о необходимости альтернативных подходов к пониманию связей. Это может быть путем применения квантовой механики для расчета энергий связи. [29] [30]

Структура

Элементарная ячейка структуры цинковой обманки

Энергия решетки представляет собой сумму взаимодействия всех участков со всеми другими участками. Для неполяризуемых сферических ионов для определения энергии электростатического взаимодействия требуются только заряды и расстояния. Для любой конкретной идеальной кристаллической структуры все расстояния геометрически связаны с наименьшим межъядерным расстоянием. Таким образом, для каждой возможной кристаллической структуры полная электростатическая энергия может быть связана с электростатической энергией единичных зарядов на ближайшем соседнем расстоянии с помощью мультипликативной константы, называемой константой Маделунга [20] , которую можно эффективно вычислить с помощью суммы Эвальда . [31] Когда предполагается разумная форма для дополнительной отталкивающей энергии, полная энергия решетки может быть смоделирована с помощью уравнения Борна-Ланде , [32] уравнения Борна-Майера или, при отсутствии структурной информации, уравнения Капустинского . [33]

Используя еще более простое приближение ионов как непроницаемых твердых сфер, расположение анионов в этих системах часто соотносится с плотно упакованным расположением сфер, в которых катионы занимают тетраэдрические или октаэдрические пустоты . [34] [35] В зависимости от стехиометрии соли и координации (главным образом определяемой соотношением радиусов ) катионов и анионов, обычно наблюдаются различные структуры, [36] и теоретически обоснованные правилами Полинга . [37]

В некоторых случаях анионы принимают простую кубическую упаковку, и в результате наблюдаются следующие общие структуры:

Некоторые ионные жидкости , особенно со смесями анионов или катионов, можно охладить достаточно быстро, так что времени для зарождения кристаллов не останется, поэтому образуется ионное стекло (без дальнего порядка). [53]

Дефекты

Внутри любого кристалла обычно будут некоторые дефекты. Для поддержания электронейтральности кристаллов дефекты, которые подразумевают потерю катиона, будут связаны с потерей аниона, т. е. эти дефекты идут парами. [54] Дефекты Френкеля состоят из катионной вакансии, связанной с катионным интерстицием, и могут образовываться в любом месте в объеме кристалла, [54] чаще всего встречаясь в соединениях с низким координационным числом и катионами, которые намного меньше анионов. [55] Дефекты Шоттки состоят из одной вакансии каждого типа и образуются на поверхности кристалла, [54] чаще всего встречаясь в соединениях с высоким координационным числом и когда анионы и катионы имеют схожий размер. [55] Если катионы имеют несколько возможных степеней окисления , то катионные вакансии могут компенсировать дефицит электронов на катионных участках с более высокими степенями окисления, что приводит к нестехиометрическому соединению . [54] Другая нестехиометрическая возможность — это образование F-центра , свободного электрона, занимающего анионную вакансию. [56] Когда соединение имеет три или более ионных компонента, возможно еще больше типов дефектов. [54] Все эти точечные дефекты могут быть получены посредством тепловых колебаний и иметь равновесную концентрацию. Поскольку они энергетически затратны, но энтропийно выгодны, они возникают в большей концентрации при более высоких температурах. После образования эти пары дефектов могут диффундировать в основном независимо друг от друга, перепрыгивая между узлами решетки. Эта подвижность дефектов является источником большинства транспортных явлений в ионном кристалле, включая диффузию и ионную проводимость в твердом состоянии . [54] Когда вакансии сталкиваются с интерстициями (Френкель), они могут рекомбинировать и аннигилировать друг друга. Аналогично вакансии удаляются, когда достигают поверхности кристалла (Шоттки). Дефекты в кристаллической структуре обычно расширяют параметры решетки , уменьшая общую плотность кристалла. [54] Дефекты также приводят к тому, что ионы оказываются в совершенно разных локальных средах, что заставляет их испытывать различную симметрию кристаллического поля , особенно в случае, когда разные катионы обмениваются узлами решетки. [54] Это приводит к различному расщеплению d-электронных орбиталей , так что оптическое поглощение (и, следовательно, цвет) может меняться с концентрацией дефектов. [54]

Характеристики

[BMIM]+[PF6]− , ионная жидкость

Кислотность/основность

Ионные соединения, содержащие ионы водорода (H + ), классифицируются как кислоты , а те, которые содержат электроположительные катионы [57] и основные анионы ионы гидроксида (OH − ) или оксида (O 2− ), классифицируются как основания . Другие ионные соединения известны как соли и могут быть образованы кислотно-основными реакциями . [58] Соли, которые производят гидроксид- ионы при растворении в воде, называются щелочными солями , а соли, которые производят ионы водорода при растворении в воде, называются кислыми солями . Если соединение является результатом реакции между сильной кислотой и слабым основанием , результатом является кислая соль . Если это результат реакции между сильным основанием и слабой кислотой , результатом является основная соль . Если это результат реакции между сильной кислотой и сильным основанием , результатом является нейтральная соль. Слабые кислоты, реагируя со слабыми основаниями, могут образовывать ионные соединения как с сопряженным ионом основания , так и с сопряженным ионом кислоты, например, ацетат аммония .

Некоторые ионы классифицируются как амфотерные , поскольку способны реагировать как с кислотой, так и с основанием. [59] Это также относится к некоторым соединениям с ионным характером, обычно оксидам или гидроксидам менее электроположительных металлов (поэтому соединение также имеет значительный ковалентный характер), таким как оксид цинка , гидроксид алюминия , оксид алюминия и оксид свинца (II) . [60]

Температуры плавления и кипения

Электростатические силы между частицами наиболее сильны, когда заряды высоки, а расстояние между ядрами ионов мало. В таких случаях соединения обычно имеют очень высокие температуры плавления и кипения и низкое давление пара . [61] Тенденции в температурах плавления можно еще лучше объяснить, если принять во внимание структуру и соотношение размеров ионов. [62] Выше своей точки плавления соли плавятся и становятся расплавленными солями (хотя некоторые соли, такие как хлорид алюминия и хлорид железа (III) демонстрируют молекулярно-подобные структуры в жидкой фазе). [63] Неорганические соединения с простыми ионами обычно имеют небольшие ионы и, таким образом, имеют высокие температуры плавления, как и твердые тела при комнатной температуре. Однако некоторые вещества с более крупными ионами имеют температуру плавления ниже или около комнатной температуры (часто определяемую как до 100 °C), и называются ионными жидкостями . [64] Ионы в ионных жидкостях часто имеют неравномерное распределение заряда или объемные заместители , такие как углеводородные цепи, которые также играют роль в определении силы взаимодействий и склонности к плавлению. [65]

Даже когда локальная структура и связь ионного твердого тела достаточно нарушены, чтобы расплавить его, все еще существуют сильные дальнодействующие электростатические силы притяжения, удерживающие жидкость вместе и предотвращающие кипение ионов с образованием газовой фазы. [66] Это означает, что даже ионные жидкости при комнатной температуре имеют низкое давление пара и требуют существенно более высоких температур для кипения. [66] Температуры кипения демонстрируют схожие тенденции с температурами плавления с точки зрения размера ионов и силы других взаимодействий. [66] При испарении ионы все еще не освобождаются друг от друга. Например, в паровой фазе хлорид натрия существует в виде двухатомных «молекул». [67]

Хрупкость

Большинство солей очень хрупкие . Достигнув предела своей прочности, они не могут деформироваться пластично , поскольку должно поддерживаться строгое выравнивание положительных и отрицательных ионов. Вместо этого материал подвергается разрушению посредством расщепления . [68] При повышении температуры (обычно близкой к точке плавления) происходит переход пластичность-хрупкость , и пластическое течение становится возможным за счет движения дислокаций . [68] [69]

Сжимаемость

Сжимаемость соли в значительной степени определяется ее структурой, и в частности координационным числом . Например, галогениды со структурой хлорида цезия (координационное число 8) менее сжимаемы, чем галогениды со структурой хлорида натрия (координационное число 6), и еще меньше, чем галогениды с координационным числом 4. [70]

Растворимость

Растворимость в воде различных солей как функция температуры. Некоторые соединения, демонстрирующие необычное поведение растворимости, были включены.

Когда простые соли растворяются , они диссоциируют на отдельные ионы, которые сольватируются и рассеиваются по всему полученному раствору. Соли не существуют в растворе. [71] Напротив, молекулярные соединения, которые включают большинство органических соединений, остаются нетронутыми в растворе.

Растворимость солей наиболее высока в полярных растворителях (таких как вода ) или ионных жидкостях , но имеет тенденцию быть низкой в ​​неполярных растворителях (таких как бензин / бензин ). [72] Этот контраст в основном обусловлен тем, что результирующие ионно-дипольные взаимодействия значительно сильнее, чем ионно-индуцированные дипольные взаимодействия, поэтому теплота раствора выше. Когда противоположно заряженные ионы в твердой ионной решетке окружены противоположным полюсом полярной молекулы, твердые ионы вытягиваются из решетки в жидкость. Если энергия сольватации превышает энергию решетки , отрицательное изменение чистой энтальпии раствора обеспечивает термодинамический стимул для удаления ионов из их положений в кристалле и растворения в жидкости. Кроме того, изменение энтропии раствора обычно положительно для большинства твердых растворенных веществ, таких как соли, что означает, что их растворимость увеличивается с повышением температуры. [73] Существуют некоторые необычные соли, такие как сульфат церия (III) , где это изменение энтропии отрицательно из-за дополнительного порядка, возникающего в воде при растворении, а растворимость уменьшается с температурой. [73]

Энергия решетки , силы сцепления между этими ионами в твердом теле, определяют растворимость. Растворимость зависит от того, насколько хорошо каждый ион взаимодействует с растворителем, поэтому определенные закономерности становятся очевидными. Например, соли натрия , калия и аммония обычно растворимы в воде. Известные исключения включают гексахлороплатинат аммония и кобальтинитрит калия . Большинство нитратов и многие сульфаты растворимы в воде. Исключения включают сульфат бария , сульфат кальция (умеренно растворимый) и сульфат свинца(II) , где спаривание 2+/2− приводит к высоким энергиям решетки. По аналогичным причинам большинство карбонатов металлов не растворимы в воде. Некоторые растворимые карбонатные соли: карбонат натрия , карбонат калия и карбонат аммония .

Электропроводность

Вид сбоку части кристаллической структуры гексаметиленовой соли переноса заряда TTF / TCNQ . [74]

Соли являются характерными изоляторами . Хотя они содержат заряженные атомы или кластеры, эти материалы обычно не проводят электричество в какой-либо значительной степени, когда вещество находится в твердом состоянии. Чтобы проводить, заряженные частицы должны быть подвижными, а не неподвижными в кристаллической решетке . Это достигается в некоторой степени при высоких температурах, когда концентрация дефектов увеличивает ионную подвижность и наблюдается ионная проводимость твердого состояния . Когда соли растворяются в жидкости или расплавляются в жидкость , они могут проводить электричество, потому что ионы становятся полностью подвижными. По этой причине расплавленные соли и растворы, содержащие растворенные соли (например, хлорид натрия в воде), могут использоваться в качестве электролитов . [75] Это увеличение проводимости при растворении или плавлении иногда используется как определяющая характеристика солей. [76]

В некоторых необычных солях: быстроионных проводниках и ионных стеклах [ 53] один или несколько ионных компонентов обладают значительной подвижностью, что обеспечивает проводимость, даже если материал в целом остается твердым. [77] Это часто сильно зависит от температуры и может быть результатом либо фазового перехода, либо высокой концентрации дефектов. [77] Эти материалы используются во всех твердотельных суперконденсаторах , батареях и топливных элементах , а также в различных видах химических датчиков . [78] [79]

Цвет

Цвет соли часто отличается от цвета водного раствора , содержащего составляющие ее ионы [80] или гидратированную форму того же соединения. [13]

Анионы в соединениях со связями с наиболее ионным характером, как правило, бесцветны (с полосой поглощения в ультрафиолетовой части спектра). [81] В соединениях с менее ионным характером их цвет становится более интенсивным, приобретая желтый, оранжевый, красный и черный цвета (поскольку полоса поглощения смещается в сторону более длинных волн в видимом спектре). [81]

Полоса поглощения простых катионов смещается в сторону более короткой длины волны, когда они участвуют в более ковалентных взаимодействиях. [81] Это происходит во время гидратации ионов металлов, поэтому бесцветные безводные соли с анионом, поглощающим в инфракрасном диапазоне, могут стать окрашенными в растворе. [81]

Соли существуют во многих различных цветах , которые возникают либо из-за входящих в их состав анионов, катионов или сольватов . Например:

Некоторые минералы являются солями, некоторые из которых растворимы в воде. [ сомнительно – обсудить ] [ требуется разъяснение ] Аналогично, неорганические пигменты, как правило, не являются солями, поскольку для стойкости требуется нерастворимость. Некоторые органические красители являются солями, но они практически нерастворимы в воде.

Вкус и запах

Соли могут вызывать все пять основных вкусов , например, соленый ( хлорид натрия ), сладкий ( диацетат свинца , который при попадании в организм вызывает отравление свинцом ), кислый ( битартрат калия ), горький ( сульфат магния ) и умами или пикантный ( глутамат натрия ).

Соли сильных кислот и сильных оснований («сильные соли») нелетучи и часто не имеют запаха, тогда как соли слабых кислот или слабых оснований («слабые соли») могут пахнуть как сопряженная кислота (например, ацетаты, такие как уксусная кислота ( уксус ), и цианиды, такие как цианистый водород ( миндаль )) или сопряженное основание (например, соли аммония, такие как аммиак ) ионов компонентов. Это медленное, частичное разложение обычно ускоряется присутствием воды, поскольку гидролиз является другой половиной обратимого уравнения реакции образования слабых солей.

Использует

Соли давно имеют широкий спектр применения и приложений. Многие минералы являются ионными. [82] Люди обрабатывают обычную соль (хлорид натрия) более 8000 лет, используя ее сначала как приправу к пище и консервант, а теперь также в производстве, сельском хозяйстве , водоподготовке, для борьбы с обледенением дорог и во многих других целях. [83] Многие соли настолько широко используются в обществе, что они носят общие названия, не связанные с их химической идентичностью. Примерами этого являются бура , каломель , молоко магнезии , соляная кислота , купоросное масло , селитра и гашеная известь . [84]

Растворимые соли можно легко растворить, чтобы получить электролитные растворы. Это простой способ контролировать концентрацию и ионную силу . Концентрация растворенных веществ влияет на многие коллигативные свойства , включая увеличение осмотического давления и вызывая понижение точки замерзания и повышение точки кипения . [85] Поскольку растворенные вещества являются заряженными ионами, они также увеличивают электропроводность раствора. [86] Повышенная ионная сила уменьшает толщину двойного электрического слоя вокруг коллоидных частиц и, следовательно, стабильность эмульсий и суспензий . [87]

Химическая идентичность добавленных ионов также важна во многих применениях. Например, фторидсодержащие соединения растворяются для поставки фторид-ионов для фторирования воды . [88]

Твердые соли давно используются в качестве пигментов для красок и устойчивы к органическим растворителям, но чувствительны к кислотности или основности. [89] С 1801 года пиротехники описали и широко использовали металлсодержащие соли в качестве источников цвета в фейерверках. [90] При сильном нагревании электроны в ионах металлов или малых молекулах могут возбуждаться. [91] Эти электроны позже возвращаются в более низкие энергетические состояния и испускают свет с цветовой гаммой, характерной для присутствующих видов. [92] [93]

В химическом синтезе соли часто используются в качестве прекурсоров для высокотемпературного твердофазного синтеза. [94]

Многие металлы геологически наиболее распространены в виде солей в рудах . [95] Для получения элементарных материалов эти руды обрабатываются плавкой или электролизом , в ходе которых происходят окислительно-восстановительные реакции (часто с использованием восстановителя, такого как углерод), в результате чего ионы металлов получают электроны и становятся нейтральными атомами. [96] [97]

Номенклатура

Согласно номенклатуре, рекомендованной ИЮПАК , соли называются в соответствии с их составом, а не структурой. [98] В самом простом случае бинарной соли без возможной двусмысленности относительно зарядов и, следовательно, стехиометрии , общее название записывается с использованием двух слов. [99] Сначала идет название катиона (немодифицированное название элемента для одноатомных катионов), за которым следует название аниона. [100] [101] Например, MgCl 2 называется хлоридом магния , а Na 2 SO 4 называется сульфатом натрия ( SO2−
4, сульфат , является примером многоатомного иона ). Чтобы получить эмпирическую формулу из этих названий, стехиометрию можно вывести из зарядов ионов и требования общей нейтральности заряда. [102]

Если есть несколько различных катионов и/или анионов, мультипликативные префиксы ( ди- , три- , тетра- , ...) часто требуются для указания относительного состава, [103] а катионы, то анионы перечислены в алфавитном порядке. [104] Например, KMgCl 3 называется трихлоридом калия-магния, чтобы отличить его от K 2 MgCl 4 , тетрахлорида калия-магния [105] (обратите внимание, что и в эмпирической формуле, и в письменном названии катионы появляются в алфавитном порядке, но порядок между ними различается, поскольку символ калия - K ). [106] Когда один из ионов уже имеет мультипликативный префикс в своем названии, используются альтернативные мультипликативные префиксы ( бис- , трис- , тетракис- , ...). [107] Например, Ba(BrF 4 ) 2 называется бис(тетрафторидоброматом) бария. [108]

Соединения, содержащие один или несколько элементов, которые могут существовать в различных зарядовых/ окислительных состояниях, будут иметь стехиометрию, которая зависит от присутствующих окислительных состояний, чтобы обеспечить общую нейтральность. Это может быть указано в названии путем указания либо степени окисления присутствующих элементов, либо заряда ионов. [108] Из-за риска неоднозначности при распределении окислительных состояний ИЮПАК предпочитает прямое указание чисел заряда ионов. [108] Они записываются как арабское целое число, за которым следует знак (... , 2−, 1−, 1+, 2+, ...) в скобках непосредственно после названия катиона (без пробела, разделяющего их). [108] Например, FeSO 4 называется сульфатом железа (2+) (с зарядом 2+ на ионах Fe 2+ , уравновешивающим заряд 2− на сульфатном ионе), тогда как Fe 2 (SO 4 ) 3 называется сульфатом железа (3+) (потому что два иона железа в каждой формульной единице имеют заряд 3+, чтобы уравновесить 2− на каждом из трех сульфатных ионов). [108] Номенклатура запасов , которая все еще широко используется, записывает степень окисления римскими цифрами ( ... , −II, −I, 0, I, II, ...). Таким образом, приведенные выше примеры будут называться сульфатом железа (II) и сульфатом железа (III) соответственно. [109] Для простых ионов ионный заряд и степень окисления идентичны, но для многоатомных ионов они часто различаются. Например, ион уранила (2+) , UO2+
2, имеет уран в степени окисления +6, поэтому в номенклатуре Стокса будет называться ионом диоксоурана(VI). [110] Еще более старая система наименования катионов металлов, также широко используемая до сих пор, добавляла суффиксы -ous и -ic к латинскому корню названия, чтобы дать специальные названия для низкой и высокой степени окисления. [111] Например, эта схема использует «ferrous» и «ferric», для железа(II) и железа(III) соответственно, [111] поэтому приведенные выше примеры были классически названы сульфатом железа и сульфатом железа . [ требуется ссылка ]

К распространенным солеобразующим катионам относятся:

Распространенные солеобразующие анионы (исходные кислоты указаны в скобках, если таковые имеются) включают:

Соли с различным числом атомов водорода, замещенных катионами по сравнению с их исходной кислотой, могут называться одноосновными , двухосновными или трехосновными , что указывает на то, что один, два или три атома водорода были замещены; многоосновные соли относятся к тем, в которых замещено более одного атома водорода. Примеры включают:

Сила

Сильные соли или соли сильных электролитов — это химические соли, состоящие из сильных электролитов . Эти соли полностью или почти полностью диссоциируют в воде . Они, как правило, не имеют запаха и нелетучи .

Сильные соли начинаются с Na__, K__, NH 4 __ или заканчиваются на __NO 3 , __ClO 4 или __CH 3 COO. Большинство металлов 1 и 2 групп образуют сильные соли. Сильные соли особенно полезны при создании проводящих соединений, поскольку их ионы обеспечивают большую проводимость. [ необходима цитата ]

Слабые соли или соли слабых электролитов состоят из слабых электролитов . Эти соли плохо диссоциируют в воде. Они, как правило, более летучи, чем сильные соли. Они могут быть похожи по запаху на кислоту или основание , из которых они получены. Например, ацетат натрия , CH 3 COONa, пахнет похоже на уксусную кислоту CH 3 COOH.

Цвиттерион

Цвиттерионы содержат анионный и катионный центр в одной и той же молекуле , но не считаются солями. Примерами цвиттерионов являются аминокислоты , многие метаболиты , пептиды и белки . [112]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Этот структурный тип имеет переменное отношение параметра решетки c/a, и точная константа Маделунга зависит от этого.
  2. ^ В литературе эта структура упоминается как хлорид иттрия (III) и хлорид хрома (III) , но обе они теперь известны как структурный тип RhBr 3 .
  3. ^ В источнике эта структура указана как MoCl 3 , которая теперь известна как структура RhBr 3 .
  4. ^ В источнике эта структура указана как FeCl 3 , которая теперь известна как структурный тип BiI 3 .
  5. ^ Этот тип структуры может вмещать любые заряды на A и B, которые в сумме составляют шесть. Когда оба заряда равны трем, структура заряда эквивалентна структуре корунда. [46] Структура также имеет переменное отношение параметра решетки c/a, и точная константа Маделунга зависит от этого.
  6. ^ Однако в некоторых случаях, таких как MgAl 2 O 4 , больший катион занимает меньший тетраэдрический участок. [47]

Ссылки

  1. ^ IUPAC , Compendium of Chemical Terminology , 2nd ed. («Золотая книга») (1997). Онлайн-исправленная версия: (2006–) «соль». doi :10.1351/goldbook.S05447
  2. ^ Bragg, WH; Bragg, WL (1 июля 1913 г.). «Отражение рентгеновских лучей кристаллами». Труды Королевского общества A: Математические, физические и инженерные науки . 88 (605): 428–438. Bibcode : 1913RSPSA..88..428B. doi : 10.1098/rspa.1913.0040. S2CID  13112732.
  3. ^ Bragg, WH (22 сентября 1913 г.). «Отражение рентгеновских лучей кристаллами. (II.)». Труды Королевского общества A: Математические, физические и инженерные науки . 89 (610): 246–248. Bibcode :1913RSPSA..89..246B. doi : 10.1098/rspa.1913.0082 .
  4. ^ abcdef Шерман, Джек (август 1932 г.). «Кристаллическая энергия ионных соединений и термохимические применения». Chemical Reviews . 11 (1): 93–170. doi :10.1021/cr60038a002.
  5. ^ Джеймс, RW; Бриндли, GW (1 ноября 1928 г.). «Количественное исследование отражения рентгеновских лучей Сильвином». Труды Королевского общества A: Математические, физические и инженерные науки . 121 (787): 155–171. Bibcode :1928RSPSA.121..155J. doi : 10.1098/rspa.1928.0188 .
  6. ↑ Полинг 1960, стр. 505.
  7. ^ Цумдаль 1989, стр. 312.
  8. ^ abc Wold & Dwight 1993, стр. 71.
  9. ^ ab Wold & Dwight 1993, стр. 82.
  10. ^ Венк, Ганс-Рудольф; Булах, Андрей (2003). Минералы: их состав и происхождение (Переиздано с исправлениями. ред.). Нью-Йорк: Cambridge University Press. стр. 351. ISBN 978-0-521-52958-7. Архивировано из оригинала 2017-12-03.
  11. ^ Аб Зумдал 1989, с. 133–140.
  12. ^ Цумдаль 1989, стр. 144–145.
  13. ^ ab Brown 2009, стр. 417.
  14. ^ Уолд и Дуайт 1993, стр. 79.
  15. ↑ Уолд и Дуайт 1993, стр. 79–81.
  16. ^ Цумдаль 1989, стр. 312–313.
  17. ↑ Барроу 1988, стр. 161–162.
  18. ↑ Полинг 1960, стр. 6.
  19. ^ Киттель 2005, стр. 61.
  20. ^ abc Полинг 1960, стр. 507.
  21. ^ Эшкрофт и Мермин 1977, с. 379.
  22. ^ ab Pauling 1960, стр. 65.
  23. ^ Ханней, Н. Брюс; Смит, Чарльз П. (февраль 1946 г.). «Дипольный момент фтористого водорода и ионный характер связей». Журнал Американского химического общества . 68 (2): 171–173. doi :10.1021/ja01206a003.
  24. ^ Полинг, Линус (1948). «Современная теория валентности». Журнал химического общества (возобновлено) . 17 : 1461–1467. doi :10.1039/JR9480001461. PMID  18893624. Архивировано из оригинала 2021-12-07 . Получено 2021-12-01 .
  25. ^ Лалена, Джон. Н.; Клири, Дэвид. А. (2010). Принципы проектирования неорганических материалов (2-е изд.). Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley. ISBN 978-0-470-56753-1.
  26. ^ Пирсон, Ральф Г. (ноябрь 1963 г.). «Жесткие и мягкие кислоты и основания». Журнал Американского химического общества . 85 (22): 3533–3539. doi :10.1021/ja00905a001.
  27. ^ Пирсон, Ральф Г. (октябрь 1968 г.). «Жесткие и мягкие кислоты и основания, HSAB, часть II: Базовые теории». Журнал химического образования . 45 (10): 643. Bibcode : 1968JChEd..45..643P. doi : 10.1021/ed045p643.
  28. ↑ Барроу 1988, стр. 676.
  29. ^ Хендри, Робин Финдли (2008). «Две концепции химической связи». Философия науки . 75 (5): 909–920. doi :10.1086/594534. S2CID  120135228.
  30. ^ Сейферт, Ванесса (27 ноября 2023 г.). «Помогают или мешают классификации связей химии?». chemistryworld.com . Получено 22 января 2024 г. .
  31. ^ Киттель 2005, стр. 64.
  32. ↑ Полинг 1960, стр. 509.
  33. ^ Картер, Роберт (2016). "Энергия решетки" (PDF) . Материал лекций CH370 . Архивировано (PDF) из оригинала 2015-05-13 . Получено 2016-01-19 .
  34. ^ ab Ashcroft & Mermin 1977, с. 383.
  35. ^ Цумдаль 1989, стр. 444–445.
  36. ^ ab Мур, Лесли Э. Смарт; Элейн А. (2005). Химия твердого тела: введение (3-е изд.). Бока-Ратон, Флорида. [ua]: Тейлор и Фрэнсис, CRC. стр. 44. ISBN 978-0-7487-7516-3.{{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  37. ^ Эшкрофт и Мермин 1977, стр. 382–387.
  38. ^ abc Kittel 2005, стр. 65.
  39. ^ Земанн, Дж. (1 января 1958 г.). «Berechnung von Madelung'schen Zahlen für den NiAs-Typ». Акта Кристаллографика . 11 (1): 55–56. Бибкод : 1958AcCry..11...55Z. дои : 10.1107/S0365110X5800013X .
  40. ^ Эшкрофт и Мермин 1977, с. 386.
  41. ^ abc Dienes, Richard J. Borg, GJ (1992). Физическая химия твердых тел . Boston: Academic Press. стр. 123. ISBN 978-0-12-118420-9.{{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  42. ^ Брэкетт, Томас Э.; Брэкетт, Элизабет Б. (1965). «Энергии решетки галогенидов щелочноземельных металлов». Журнал физической химии . 69 (10): 3611–3614. doi :10.1021/j100894a062.
  43. ^ "YCl3 – трихлорид иттрия". ChemTube3D . Ливерпульский университет. 2008. Архивировано из оригинала 27 января 2016 года . Получено 19 января 2016 года .
  44. ^ ab Ellis, Arthur B. []; et al. (1995). Преподавание общей химии: помощник по материаловедению (3-е печатное издание). Вашингтон: Американское химическое общество. стр. 121. ISBN 978-0-8412-2725-5.
  45. ^ Аб Хоппе, Р. (январь 1966 г.). «Константы Маделунга». Angewandte Chemie International Edition на английском языке . 5 (1): 95–106. дои : 10.1002/anie.196600951.
  46. ^ Бхаги, Аджай; Радж, Гурдип (2010). Химия ИАС Кришны . Меерут: Кришна Пракашан Медиа. п. 171. ИСБН 978-81-87224-70-9.
  47. ^ Венк и Булах 2004, стр. 778.
  48. ^ Verwey, EJW (1947). «Физические свойства и катионное расположение оксидов со структурами шпинели I. Катионное расположение в шпинелях». Журнал химической физики . 15 (4): 174–180. Bibcode : 1947JChPh..15..174V. doi : 10.1063/1.1746464.
  49. ^ Вервей, EJW; де Бур, Ф.; ван Сантен, Дж. Х. (1948). «Расположение катионов в шпинелях». Журнал химической физики . 16 (12): 1091. Бибкод : 1948ЖЧФ..16.1091В. дои : 10.1063/1.1746736 .
  50. ^ Томпсон, П.; Граймс, Н.У. (27 сентября 2006 г.). «Расчеты Маделунга для структуры шпинели». Philosophical Magazine . Vol. 36, no. 3. pp. 501–505. Bibcode : 1977PMag...36..501T. doi : 10.1080/14786437708239734.
  51. ^ Альберти, А.; Веццалини, Г. (1978). «Энергия Маделунга и распределение катионов в структурах типа оливина». Zeitschrift für Kristallographie – Кристаллические материалы . 147 (1–4): 167–176. Бибкод : 1978ZK....147..167A. дои : 10.1524/zkri.1978.147.14.167. hdl : 11380/738457. S2CID  101158673.
  52. ^ Эшкрофт и Мермин 1977, с. 384.
  53. ^ ab Souquet, J (октябрь 1981 г.). «Электрохимические свойства ионно-проводящих стекол». Solid State Ionics . 5 : 77–82. doi :10.1016/0167-2738(81)90198-3.
  54. ^ abcdefghi Шмальцрид, Герман (1965). «Точечные дефекты в тройных ионных кристаллах». Progress in Solid State Chemistry . 2 : 265–303. doi :10.1016/0079-6786(65)90009-9.
  55. ^ ab Prakash, Satya (1945). Advanced inorganic chemistry . Нью-Дели: S. Chand & Company Ltd. стр. 554. ISBN 978-81-219-0263-2.
  56. ^ Киттель 2005, стр. 376.
  57. ^ "Периодические тенденции и оксиды". Архивировано из оригинала 29.12.2015 . Получено 10.11.2015 .
  58. ^ Уиттен, Кеннет В.; Гэлли, Кеннет Д.; Дэвис, Рэймонд Э. (1992). Общая химия (4-е изд.). Saunders. стр. 128. ISBN 978-0-03-072373-5.
  59. ^ Дэвидсон, Дэвид (ноябрь 1955 г.). «Амфотерные молекулы, ионы и соли». Журнал химического образования . 32 (11): 550. Bibcode : 1955JChEd..32..550D. doi : 10.1021/ed032p550.
  60. ^ Уэллер, Марк; Овертон, Тина; Рурк, Джонатан; Армстронг, Фрейзер (2014). Неорганическая химия (шестое изд.). Оксфорд: Oxford University Press. С. 129–130. ISBN 978-0-19-964182-6.
  61. ^ МакКуорри и Рок 1991, стр. 503.
  62. ^ Полинг, Лайнус (1928-04-01). «Влияние относительных размеров ионов на свойства ионных соединений». Журнал Американского химического общества . 50 (4): 1036–1045. doi :10.1021/ja01391a014. ISSN  0002-7863.
  63. ^ Tosi, MP (2002). Gaune-Escard, Marcelle (ред.). Расплавленные соли: от основ к приложениям. Дордрехт: Springer Netherlands. стр. 1. ISBN 978-94-010-0458-9. Архивировано из оригинала 2017-12-03.
  64. ^ Фримантл 2009, стр. 1.
  65. ↑ Фримантл 2009, стр. 3–4.
  66. ^ abc Ребело, Луис ПН; Канонджиа Лопес, Хосе Н.; Эсперанса, Хосе МСС; Филипе, Эдуардо (1 апреля 2005 г.). «О критической температуре, нормальной температуре кипения и давлении паров ионных жидкостей». Журнал физической химии Б. 109 (13): 6040–6043. дои : 10.1021/jp050430h. ISSN  1520-6106. ПМИД  16851662.
  67. ^ Портерфилд, Уильям У. (2013). Неорганическая химия: единый подход (2-е изд.). Нью-Йорк: Elsevier Science. С. 63–67. ISBN 978-0-323-13894-9. Архивировано из оригинала 2017-12-03.
  68. ^ ab Johnston, TL; Stokes, RJ; Li, CH (декабрь 1959 г.). «Пластично-хрупкий переход в ионных твердых телах». Philosophical Magazine . Том 4, № 48. стр. 1316–1324. Bibcode : 1959PMag....4.1316J. doi : 10.1080/14786435908233367.
  69. ^ Келли, А.; Тайсон, У. Р.; Коттрелл, А. Х. (1967-03-01). «Пластичные и хрупкие кристаллы». Philosophical Magazine . Том 15, № 135. С. 567–586. Bibcode : 1967PMag...15..567K. doi : 10.1080/14786436708220903. ISSN  0031-8086.
  70. ^ Стиллвелл, Чарльз В. (январь 1937 г.). «Кристаллохимия. V. Свойства бинарных соединений». Журнал химического образования . 14 (1): 34. Bibcode : 1937JChEd..14...34S. doi : 10.1021/ed014p34.
  71. ↑ Браун 2009, стр. 89–91.
  72. ↑ Браун 2009, стр. 413–415.
  73. ^ ab Brown 2009, стр. 422.
  74. ^ Д. Шассо; Г. Комбертон; Ж. Готье; К. Хау (1978). «Исследование структуры комплекса гексаметилен-тетратиафульвален-тетрацианохинодиметан». Acta Crystallographica Раздел B. 34 (2): 689. Бибкод : 1978AcCrB..34..689C. дои : 10.1107/S0567740878003830.
  75. ^ "Электропроводность ионного соединения". 2011-05-22. Архивировано из оригинала 21 мая 2014 года . Получено 2 декабря 2012 года .
  76. ^ Цумдаль 1989, стр. 341.
  77. ^ ab Гао, Вэй; Сэммес, Найджел М (1999). Введение в электронные и ионные материалы. World Scientific. стр. 261. ISBN 978-981-02-3473-7. Архивировано из оригинала 2017-12-03.
  78. ^ Уэст, Энтони Р. (1991). «Твердые электролиты и смешанные ионные?электронные проводники: обзор приложений». Журнал химии материалов . 1 (2): 157. doi :10.1039/JM9910100157.
  79. ^ Boivin, JC; Mairesse, G. (октябрь 1998 г.). «Последние разработки материалов в области быстрых оксидных ионных проводников». Химия материалов . 10 (10): 2870–2888. doi :10.1021/cm980236q.
  80. ↑ Полинг 1960, стр. 105.
  81. ^ abcd Полинг 1960, стр. 107.
  82. ^ Венк и Булах 2004, стр. 774.
  83. ^ Курлански, Марк (2003). Соль: всемирная история (1-е изд.). Лондон: Vintage. ISBN 978-0-09-928199-3.
  84. ^ Lower, Simon (2014). «Название химических веществ». Chem 1 General Chemistry Virtual Textbook . Архивировано из оригинала 16 января 2016 года . Получено 14 января 2016 года .
  85. ^ Аткинс и де Паула 2006, стр. 150–157.
  86. ^ Аткинс и де Паула 2006, стр. 761–770.
  87. ^ Аткинс и де Паула 2006, стр. 163–169.
  88. ^ Reeves TG (1986). "Фторирование воды: руководство для инженеров и техников" (PDF) . Центры по контролю и профилактике заболеваний. Архивировано из оригинала (PDF) 2017-02-08 . Получено 2016-01-18 .
  89. ^ Сатаке, М.; Мидо, И. (1995). Химия цвета. Discovery Publishing House. стр. 230. ISBN 978-81-7141-276-1. Архивировано из оригинала 2017-12-03.
  90. ^ Рассел 2009, стр. 14.
  91. ^ Рассел 2009, стр. 82.
  92. ^ Рассел 2009, стр. 108–117.
  93. ^ Рассел 2009, стр. 129–133.
  94. ^ Сюй, Рурен; Пан, Вэньцинь; Хо, Цишэн (2011). Современная неорганическая синтетическая химия . Амстердам: Эльзевир. п. 22. ISBN 978-0-444-53599-3.
  95. ^ Цумдаль и Цумдаль 2015, стр. 822.
  96. ^ Цумдаль и Цумдаль 2015, стр. 823.
  97. ^ Гупта, Чиранджиб Кумар (2003). Принципы и практика химической металлургии . Weinheim: Wiley-VCH. С. 359–365. ISBN 978-3-527-60525-5.
  98. ^ ИЮПАК 2005, стр. 68.
  99. ^ ИЮПАК 2005, стр. 70.
  100. ^ ИЮПАК 2005, стр. 69.
  101. ^ Kotz, John C.; Treichel, Paul M; Weaver, Gabriela C. (2006). Химия и химическая реактивность (шестое изд.). Belmont, CA: Thomson Brooks/Cole. стр. 111. ISBN 978-0-534-99766-3.
  102. ↑ Браун 2009, стр. 36–37.
  103. ^ ИЮПАК 2005, стр. 75–76.
  104. ^ ИЮПАК 2005, стр. 75.
  105. ^ Гиббонс, Сирил С.; Рейнсборо, Винсент К.; Уитла, В. Александр (январь 1975 г.). «Кристаллические структуры K 2 MgCl 4 и Cs 2 MgCl 4 ». Канадский журнал химии . 53 (1): 114–118. doi :10.1139/v75-015.
  106. ^ ИЮПАК 2005, стр. 76.
  107. ^ ИЮПАК 2005, стр. 76–77.
  108. ^ abcde IUPAC 2005, стр. 77.
  109. ^ ИЮПАК 2005, стр. 77–78.
  110. ^ Fernelius, W. Conard (ноябрь 1982 г.). «Числа в химических названиях». Журнал химического образования . 59 (11): 964. Bibcode : 1982JChEd..59..964F. doi : 10.1021/ed059p964.
  111. ^ ab Brown 2009, стр. 38.
  112. ^ Воэт, Д. и Воэт, Дж.Г. (2005). Биохимия (3-е изд.). Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons Inc., с. 68. ИСБН 9780471193500. Архивировано из оригинала 2007-09-11.

Библиография