Уже алхимики знали, что и земли, и щёлочи могут быть «нейтрализованы» кислотой. В результате такого процесса выделяется вода, а кислота и щёлочь превращаются в соль. Например, гидроксид кальция «гасится» соляной кислотой (можно сказать и наоборот: кислота «гасится» гидроксидом): Са(ОН)2 + 2НС1 = СаС12 + 2Н2O (образовалась соль — хлорид кальция); Ва(ОН)2 + H2SO4 = BaSO4 + Н2O (образовался сульфат бария); NaOH + НС1 = NaCl + + Н2O (образовался хлорид натрия).
В этих реакциях «кислотный признак» (атом водорода) соединился с «основным признаком» (группой ОН) с образованием воды.
То есть и кислота, и основание «исчезли», и в результате реакции нейтрализации получилась вода и хлорид натрия — нейтральное (то есть ни кислотное, ни щелочное) вещество.
Количественный закон для реакций нейтрализации впервые чётко сформулировал немецкий химик Иеремия Вениамин Рихтер (1762-1807) в конце XVIII века. В соответствии с этим законом, кислоты и основания реагируют друг с другом в строго определённых соотношениях.
Хлорид натрия — это обычная (поваренная) соль.
Солями стали называть и другие нейтральные продукты взаимного «уничтожения» кислот и оснований, причём далеко не все соли солёные, как хлорид натрия. Так, в реакции серной кислоты и основания — гидроксида железа Fe(OH)2 образуются соль FeSO4 — сернокислое железо (современное название — сульфат железа (II)) и вода: H2SO4 + Fe(OH)2 = FeSO4 + Н2O. Если серная кислота будет реагировать с гидроксидом трёхвалентного железа, Fe(OH) то получится другая сернокислая соль железа — сульфат железа (III): 3H2SO4 + + 2Fe(OH)3 = Fe2(SO4)3 + 6Н2O.
Запишем для тренировки ещё одну реакцию нейтрализации щёлочи органической (уксусной) кислотой: СН3СООН + NaOH = CH3COONa + H2O; в отличие от неорганических солей, в этой формуле атом металла принято записывать в конце.
Как видим, соли состоят из катиона металла, который «пришёл» из щёлочи, и аниона кислотного остатка, который «взялся» из кислоты. Вообще-то соли можно получать и без участия щелочей и кислот, например, из меди и серы при высокой температуре образуется сульфид меди: Си + S = CuS. Эта же соль образуется, если через раствор медного купороса пропускать сероводород (в воде он образует сероводородную кислоту): CuSO4+H2S = CuS + H2SO4.
Соли получаются не только в реакциях кислоты со щёлочью, но также в реакции кислоты с основным оксидом: H2SO4 + FeO = FeSO4 + Н2O; в реакции основания с кислотным оксидом: 2NaOH + СO2 = Na2CO3 + Н2O; в реакции кислотного оксида с основным: СаО + SiO2 = CaSiO, (эта реакция идёт при сплавлении веществ). Соль может образоваться и непосредственно при взаимодействии металла с кислотой; в этой реакции также выделяется водород.
Например, железо при растворении в серной кислоте образует соль — сульфат железа: Fe + H2SO4 = FeSO4 + Н2. С помощью именно этой реакции получали водород для наполнения воздушных шаров во времена Лавуазье.
В случае щелочных и щёлочноземельных металлов их реакцию с сильными кислотами, например реакцию натрия с соляной кислотой 2Na + 2НС1 = 2NaCl + + Н2, можно проводить только на бумаге, чтобы избежать несчастных случаев при взрыве. Конечно, не все кислоты и не все металлы вступают в такие реакции.
Прежде всего, металлы должны быть активными; к ним относятся щелочные и щёлочноземельные металлы (натрий, калий, кальций), магний, алюминий, цинк, в меньшей степени — железо, хром и др. С другой стороны, есть немало металлов, устойчивых к действию большинства кислот. Это в первую очередь так называемые благородные металлы — золото, платина, родий, иридий и др. Некоторые более активные металлы могут вытеснять из их солей менее активные, при этом получается другая соль, например: Fe + CuSO4 = FeSO4 + Сu. По способности вытеснять друг друга из растворов солей металлы можно расположить в ряд, который иногда называют рядом активности (а раньше называли вытеснительным рядом).
Соли получаются и в случае «перекрёстных» реакций, когда основный оксид реагирует с кислотой, а кислотный оксид реагирует с основанием. В этих реакциях образуются (если, конечно, реакция пойдёт, что бывает не всегда) соль и вода: ZnО + 2НС1 = ZnС12 + Н2О; SО2 + Ва(ОН)2 = BaSО3 + Н2О. Последнюю реакцию легче понять, представив её двухступенчатой.
Пусть сначала сернистый ангидрид прореагирует с водой: SO2 + Н2О = H2SО3 и образует сернистую кислоту, а затем эта кислота уже сможет вступить в обычную реакцию нейтрализации с гидроксидом бария. Возможны и реакции между солями.
Но такие реакции идут не всегда.
Например, они пойдут, если в результате реакции образуется осадок: Na2SО4 + ВаС12 = 2NaCl + BaSО4v (сульфат бария в воде не растворяется). Если же в реакции между двумя солями осадка не образуется, то такая реакция не пойдёт.
Например, если смешать сульфат натрия с хлоридом не бария, а цинка, то получится просто смесь солей: Na2SО4 + ZnС12 = 2NaCl + ZnSО4.
А можно ли из соли получить «обратно» металл, не используя другой, более активный металл?
Такой процесс возможен, если через раствор (например, медного купороса) или расплав (например, поваренной соли) пропустить электрический ток. Таким способом в промышленности и получают многие металлы: натрий, алюминий, медь и др. Активные металлы (натрий, калий и др.) с водой реагируют, поэтому таким способом их нельзя получить из водного раствора — только из расплава, причём в отсутствие кислорода.
Наконец, некоторые соли, образованные слабыми кислотами, могут реагировать с сильными кислотами, которые «вытесняют» слабые. Примером может служить реакция серной кислоты с карбонатом натрия (содой).
Карбонат — это соль слабой угольной кислоты Н2СО3, поэтому сильная серная кислота вытесняет слабую угольную из её солей: Na2СO3 + H2SO4 = Na2SO4 + H2CО3.
Угольная кислота не только слабая, но и неустойчивая (это разные понятия, например, борная кислота Н3ВО3 очень слабая, но вполне устойчивая), и выделившаяся в упомянутой реакции угольная кислота сразу же распадается на воду и углекислый газ: Н2СО3 = Н2О + СО2. Поэтому химики практически никогда не записывают в качестве продукта реакции формулу Н2СО3, а сразу пишут СО2 + Н2О.