Sole w chemii — budowa, nazwy i otrzymywanie
Sól to związek zbudowany z kationu metalu i anionu reszty kwasowej. Powstaje w reakcji zobojętniania kwasu zasadą, a jej nazwa pochodzi od kwasu, z którego wywodzi się reszta kwasowa.
Sole to jedna z czterech podstawowych grup związków nieorganicznych. Poniżej ich budowa, zasady nazewnictwa oraz sposoby otrzymywania wymagane na sprawdzianach.
Budowa soli
Sól składa się z kationu metalu oraz anionu reszty kwasowej. Chlorek sodu NaCl to jon Na⁺ i jon Cl⁻; siarczan(VI) miedzi(II) CuSO₄ to Cu²⁺ i SO₄²⁻.
Wzór ustala się tak, by ładunki się zrównoważyły. Przy chlorku wapnia jon Ca²⁺ wymaga dwóch jonów Cl⁻, stąd CaCl₂.
Nazewnictwo
Nazwa soli pochodzi od kwasu:
- HCl kwas chlorowodorowy → chlorki
- H₂SO₄ kwas siarkowy(VI) → siarczany(VI)
- HNO₃ kwas azotowy(V) → azotany(V)
- H₂CO₃ kwas węglowy → węglany
- H₃PO₄ kwas fosforowy(V) → fosforany(V)
Zasada: końcówka -ek przy kwasach beztlenowych, -an przy tlenowych. Wartościowość podaje się cyframi rzymskimi, gdy pierwiastek tworzy kilka kwasów.
Sposoby otrzymywania
- Kwas + zasada — reakcja zobojętniania: HCl + NaOH → NaCl + H₂O
- Kwas + metal — z wydzieleniem wodoru: 2HCl + Zn → ZnCl₂ + H₂
- Kwas + tlenek metalu — H₂SO₄ + CuO → CuSO₄ + H₂O
- Metal + niemetal — bezpośrednio: 2Na + Cl₂ → 2NaCl
- Sól + sól — gdy powstaje osad
Najważniejsza jest pierwsza reakcja. Zobojętnianie polega na połączeniu jonów H⁺ z kwasu i OH⁻ z zasady w cząsteczkę wody — pozostałe jony tworzą sól.
Rozpuszczalność
Nie wszystkie sole rozpuszczają się w wodzie, a wiedza o tym jest potrzebna do przewidywania reakcji. Kilka reguł praktycznych:
- Wszystkie sole sodu, potasu i amonu są rozpuszczalne
- Wszystkie azotany(V) są rozpuszczalne
- Węglany i fosforany(V) są zwykle nierozpuszczalne, poza solami metali lekkich
- Chlorki są rozpuszczalne z wyjątkiem srebra i ołowiu
Reakcja zachodzi wtedy, gdy powstaje osad, gaz albo woda — czyli gdy coś opuszcza roztwór.
Sole wokół nas
- NaCl — sól kuchenna, konserwant i przyprawa
- CaCO₃ — węglan wapnia: wapień, kreda, muszle, skorupki jaj
- NaHCO₃ — soda oczyszczona, spulchnia ciasto wydzielając CO₂
- CaSO₄ — gips, materiał budowlany i usztywniający
- KNO₃ — saletra, składnik nawozów
Hydraty — sole z wodą w strukturze
Część soli krystalizuje razem z cząsteczkami wody wbudowanymi w sieć krystaliczną. Nazywa się je hydratami, a wodę w nich zawartą wodą krystalizacyjną. Zapisuje się to kropką we wzorze, na przykład CuSO₄·5H₂O.
Efekt bywa widowiskowy: bezwodny siarczan(VI) miedzi(II) jest biały, a jego uwodniona postać intensywnie niebieska. Ogrzewanie odparowuje wodę i kryształy bledną, a dodanie wody przywraca barwę. Wykorzystuje się to jako prosty test na obecność wody w cieczy.
Dlaczego sól topi lód
To praktyczne zastosowanie chemii, o które często się pyta. Sól rozpuszczona w wodzie obniża temperaturę krzepnięcia — roztwór zamarza dopiero poniżej zera.
Posypany solą lód pokrywa się cienką warstwą roztworu, który nie może zamarznąć w danej temperaturze, więc lód topnieje. Metoda przestaje działać przy około −20°C, bo poniżej tej granicy nawet stężony roztwór soli zamarza — dlatego przy dużych mrozach drogi posypuje się piaskiem zamiast soli.