Tlenki, wodorotlenki, kwasy i sole w naukach o Ziemi i środowisku: Sole

6. Sole

Ogólny wzór soli obojętnych to M_nR_mgdzie M oznacza kation metalu lub grupę amonową, a R to reszta kwasowa, n i m oznaczają współczynniki stechiometryczne odpowiadające ładunkowi kationu metalu (m) i ładunkowi reszty kwasowej (n).

Wodorosole, pochodzą od kwasów wielowodorowych, w których tylko część atomów wodoru jest zastępowana przez metal lub jon amonowy; można je przedstawić ogólnym wzorem: M_n(H_kR)_m, gdzie n,m,k – współczynniki stechiometryczne.

Hydroksosole, powstają z wodorotlenków wielohydroksylowych, i opisuje je wzór ogólny: M_n(OH)_kR_m, gdzie n,m,k – współczynniki stechiometryczne.

Sole uwodnione (hydraty) to sole o wzorze ogólnym a M_nR_m · b H₂O, gdzie a oznacza liczbę moli soli, a b - liczbe moli wody.

Sole podwójne to związki chemiczne zawierające dwa rodzaje kationów i jeden rodzaj anionu lub jeden rodzaj kationu i dwa rodzaje anionów.

Obejrzyj film Sole podwójne.

Film: Sole podwójne*. Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Podział

Jeden spójny podział soli jest trudny do wypracowania. Poniżej przedstawiono różne próby usystematyzowania tej wiedzy.

Podział soli 1

 Grafika: oprac. Sylwia Zelek-Pogudz, licencja CC BY-SA 4.0 
[na podst. Krzysztof M. Pazdro. Anna Rola-Noworyta, Chemia. Repetytorium dla przyszłych maturzystów i studentów. Warszawa : Oficyna Edukacyjna Krzysztof Pazdro, 2014.].

Wśród zaprezentowanych podziałów nie znalazła się nigdzie informacja o solach kompleksowych i hydratach. Należy to uzupełnić, zatem:

Sole kompleksowe to sole, które zwierają w swoim składzie kompleksowy kation i (lub) kompleksowy anion, np.: K₄[Fe(CN)₆]

Sole uwodnione (hydraty) to sole zawierające w sieci krystalicznej cząsteczki wody, czyli tzw. wodę hydratacyjną (krystalizacyjną), która może zostać uwolniona w procesie dehydratacji (odwodnienia) przebiegajacym zwykle podczas ogrzewania. W tym miejscu należy również zdefiniować proces hydratacji (akwatacji, uwodnienia), przekształacajacy substancje bezwodną w hydrat lub proces tworzenia akwakompleksów albo addycji wody do wiązań wielokrotnych.


Źródło: Oficyna Pazdro, Dehydratacja i hydratacja siarczanu(VI) miedzi(II): Doświadczenie 5.3, 2.10.2020
[dostęp: 22.02.2023]. Dostępne w YouTube: https://www.youtube.com/watch?v=TWGX1T5jYRY.

Nazwy

Nazwy soli prostych i złożonych

Nazwa soli prostej zawiera dwa wyrazy, pierwszy określający anion, a drugi – kation.

Nazwy soli złożonych składają się z tylu wyrazów, ile rodzajów jonów zawiera sól, przy czym najpierw wymienia się aniony, a następnie kationy, zachowując porządek alfabetyczny wymienianych jonów w obu grupach. Przedrostki określające ilość danego rodzaju jonów nie wpływają na kolejność alfabetyczną.

Nazewnictwo soli kwasów tlenowych

Pierwsza część nazwy soli pochodzi od nazwy kwasu i kończy się na -an np.: sól kwasu siarkowego(VI) to siarczan(VI), sól kwasu azotowego(V) to azotan(V). Druga część nazwy pochodzi od nazwy metalu. Jeśli metal posiada tylko jedną wartościowość to jej nie podajemy. Tak samo jeśli niemetal tworzy tylko jeden kwas to wartościowości niemetalu także nie podajemy. Przykładem może tu być kwas węglowy H₂CO₃ i jego sole węglany.

Przykłady soli:

MgSO₄ - siarczan(VI) magnezu,
KNO₃ - azotan(V) potasu,
Na₃PO₄ - fosforan(V) sodu,
FeSO₄ - siarczan(VI) żelaza(II),

Sole amonowe kwasów tlenowych

W przypadku soli amonowych zamiast nazwy metalu podajemy przyrostek "amonu".

NH₄NO₃ - azotan(V) amonu,
(NH₄)₂SO₄ - siarczan(VI) amonu.

Nazewnictwo soli kwasów beztlenowych

Pierwsza część nazwy soli pochodzi od nazwy kwasu i kończy się na -ek. Na przykład sól kwasu chlorowodorowego to chlorek, sól kwasu bromowodorowego to bromek, sól kwasu siarkowodorowego to siarczek. Druga część nazwy pochodzi od nazwy metalu.

Przykłady soli:

NaCl - chlorek sodu,
FeCl₃ - chlorek żelaza(III).

Sole amonowe kwasów beztlenowych

W przypadku soli amonowych zamiast nazwy metalu podajemy przyrostek "amonu". Przykłady:

NH₄Cl - chlorek amonu,
NH₄Br - bromek amonu.

Nazewnictwo wodorosoli

Nazwy wodorosoli zawierają liczbę atomów wodoru, jakie pozostały przy reszcie kwasowej:

K₂HPO₄ - wodorofosforan(V) potasu,
KH₂PO₄ - diwodorofosforan(V) potasu,
KHSO₄ - wodorosiaczan(VI) potasu.

Nazewnictwo hydroksosoli

Dla hydroksosoli podaje się liczbę grup wodorotlenkowych, które pozostały związane z metalem tworzącym sól:

Mg(OH)NO₃ - azotan(V) wodorotlenek magnezu,

Cu₂(OH)₂CO₃ - węglan diwodorotlenek dimiedzi.

Nazewnictwo hydratów

Wzory typu a M_nR_m · b H₂O czyta się następująco, np.:

CaSO₄ · 2 H₂O – siarczan(VI) wapnia – woda (1/2),
Na₂CO₃ · 10 H₂O – węglan sodu – woda (1/10),
2 CdSO₄ · 8 H₂O siarczan(VI) kadmu – woda (3/8).

Dla rozszerzenia i utrwalenia wiedzy obejrzyj film Nomenklatura i wzory hydratów.

Film: Nomenklatura i wzory hydratów*. Źródło: Patrycja Męcik, GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Reakcje prowadzące do otrzymania soli

Reakcje bezpośredniej syntezy z metalu i niemetalu (tylko sole kwasów beztlenowych)

2 Fe + 3 Cl₂ → 2 FeCl₃

Źródło: Oficyna Pazdro, Reakcja żelaza z chlorem: Doświadczenie 4.14, 2.10.2020
[dostęp: 22.02.2023]. Dostępne w YouTube: https://www.youtube.com/watch?v=6p_2ojrWOiM.

2 Al + 3 S → Al₂S₃

Źródło: Oficyna Pazdro, Synteza siarczku glinu Al₂S₃ z glinu i siarki: Doświadczenie 3.2 ZP i 5.2 ZR, 4.03.2020
[dostęp: 22.02.2023]. Dostępne w YouTube: https://www.youtube.com/watch?v=A8hnyIWwdYs.

Reakcje kwasów z zasadami

Zapis cząsteczkowy: KOH + HCl → KCl + H₂O

Zapis jonowy: K⁺ + OH^- + H⁺ + Cl^- → K⁺ + Cl^- + H₂O

Zapis jonowy skrócony: OH^- + H⁺ → H₂O

Źródło: Oficyna Pazdro, Reakcja zobojętniania: Doświadczenie 8.3, 26.03.2020
[dostęp: 22.02.2023]. Dostępne w YouTube: https://www.youtube.com/watch?v=2fl27LWrYo0.

Reakcje metali z kwasami

Zn + 2 HCl → ZnCl₂ + H₂

Źródło: Oficyna Pazdro, Reakcja cynku z kwasem solnym: Doświadczenie 6.10, 10.11.2017
[dostęp: 22.02.2023]. Dostępne w YouTube: https://www.youtube.com/watch?v=jRdFkO0J0cI.

Reakcje tlenków metali z kwasami

Na₂O + 2HCl → 2NaCl + H₂O

Reakcje tlenków niemetali z zasadami

SO₃ + 2KOH → K₂SO₄ + H₂O

Reakcje tlenków metali z tlenkami niemetali

CaO + CO₂ → CaCO₃

Reakcje soli z kwasami

CaCO₃ + 2 HCl → CaCl₂ + H₂O · CO₂↑

Źródło: Oficyna Pazdro, Reakcja węglanu wapnia z kwasem solnym: Doświadczenie 8.9, 26.03.2020
[dostęp: 22.02.2023]. Dostępne w YouTube: https://www.youtube.com/watch?v=cIfkfiKDATk.

Reakcje soli z zasadami

CuSO₄ + 2 NaOH → Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄

2 FeCl₃ + 3 Ca(OH)₂ → 2 Fe(OH)₃↓ + 3 CaCl₂

(NH₄)₂SO₄ + 2 NaOH → Na₂SO₄ + 2 NH₃↑ + 2 H₂O

Źródło: Oficyna Pazdro, Rozkład soli amonowej pod wpływem zasady: Doświadczenie 8.11, 26.03.2020
[dostęp: 22.02.2023]. Dostępne w YouTube: https://www.youtube.com/watch?v=hqJSUgH413U.

Reakcje soli z solami

AgNO₃ + NaCl → AgCl↓ + NaNO₃

Pb(NO₃)₂ + 2 KI → PbI₂↓ + 2 KNO₃

Źródło: Oficyna Pazdro, Strącanie osadów substancji trudno rozpuszczalnych: Doświadczenie 8.4, 26.03.2020
[dostęp: 22.02.2023]. Dostępne w YouTube: https://www.youtube.com/watch?v=REEtHAkUKoA.

Budowa i właściwości fizyczne

Sole to najszersza grupa spośród omawianych. Wspólną ich cechą jest jednak stan skupienia, przede wszystkim są to ciałą stałe. Natomiast pod wzgledem innych właściwości fizycznych, np. takich jak ropuszczalność czy barwa, są bardzo zróżnicowane. Warto podkreślić, iż sole dobrze rozpuszczalne w wodzie, w wodzie dysocjują z utworzeniem kationów metalu i anionów reszty kwasowej, i przewodzą prąd elektryczny.

KCl → K⁺ + Cl^-

Poniżej zamieszczono tablice rozpuszczalności przykładowych soli w wodzie.

Grafika: Tablica rozpuszczalności soli w wodzie*. Źródło: epodreczniki.pl, licencja: CC BY-SA 3.0.

Właściwości chemiczne

Rozkład termiczny lub fotochemiczny

NH₄Cl → NH₃↑ + HCl

NH₄SO₄ → NH₃↑ + H₂SO₄

Źródło: Oficyna Pazdro, Rozkład termiczny chlorku amonu: Doświadczenie 8.10, 26.03.2020
[dostęp: 1.03.2023]. Dostępne w YouTube: https://www.youtube.com/watch?v=3BVYpNEX1Yc.
NaHCO₃ → NaCO₃ + H₂O + CO₂↑

Wymiana podwójna

stracanie substancji słaborozpuszczalnej: AgNO₃ + KCl → AgCl↓+ KNO₃
tworzenie słabego elektrolitu: Na₂CO₃ + 2 HCl → 2 NaCl + H₂O · CO₂

Wymiana pojedyncza

Zn + CuSO₄ → ZnSO₄ + Cu

Źródło: Oficyna Pazdro, Reakcja cynku z siarczanem(VI) miedzi(II): Doświadczenie 3.1. ZP i 2.1. ZR, 1.10.2020
[dostęp: 1.03.2023]. Dostępne w YouTube: https://www.youtube.com/watch?v=h9rX6GVpxts.

Hydroliza

Hydroliza soli – reakcja chemiczna zachodząca zaraz po dysocjacji elektrolitycznej soli w trakcie rozpuszczania ich w wodzie. Reakcja ta powoduje, że roztwory wielu soli nie mają obojętnego pH lecz są bardziej lub mniej kwaśne lub zasadowe

Hydrolizie ulegają sole:

mocnych kwasów i słabych zasad
słabych kwasów i mocnych zasad
słabych kwasów i słabych zasad

Hydrolizie nie ulegają sole mocnych kwasów i mocnych zasad

Źródło: Oficyna Pazdro, Badanie odczynu wodnych roztworów wybranych soli: Doświadczenie 2.7. ZP i 1.9. ZR, 1.10.2020
[dostęp: 1.03.2023]. Dostępne w YouTube: https://www.youtube.com/watch?v=QUu9226qph0.

Krok 1. Ustalić jaka to sól

Czy jest to sól mocnego czy słabego kwasu i słabej lub mocnej zasady?

Elektrolity

Krok 2. Zapisujemy równanie reakcji soli z wodą

NaHCO₃ – sól słabego kwasu i mocnej zasady

NaHCO₃ + H₂O → NaOH + H₂O · CO₂hydroliza anionowa

Na⁺ +HCO₃^- + H⁺ + OH^- → Na⁺ + OH^- + H₂O · CO₂pH>7

NH₄Cl – sól mocnego kwasu i słabej zasady

NH₄Cl + H₂O → NH₃ · H₂O + HCl hydroliza kationowa

NH₄⁺ + Cl^- + H⁺ + OH^- → NH₃ · H₂O + H⁺ + Cl^-pH<7

NaCl – sól mocnego kwasu i mocnej zasady – nie hydrolizuje

NH₄HCO₃ – sól słabego kwasu i mocnej zasady

NH₄HCO₃ + H₂O → NH₃·H₂O + H₂O · CO₂ hydroliza kationowo-anionowa

NH₄⁺ + HCO₃^- + H⁺ + OH^- → NH₃ · H₂O + H₂O · CO₂

O odczynie decyduje różnica mocy elektrolitów (można ją ustalić na podstawie wartości stałych dysocjacji.

_________________
* Wykorzystano grafiki zamieszczone na Zintegrowanej Platformie Edukacyjnej.

Zagraj!

Ikona (źródło): Reshot