Substanțe anorganice – săruri

Se studiază clasificarea, proprietățile chimice și metodele de obținere ale sărurilor anorganice.

Ce sunt sărurile și cum se scriu formulele

Sărurile sunt substanțe compuse formate dintr-un ion metalic și un radical acid (restul acid). Ele apar atunci când hidrogenul dintr-un acid este înlocuit de un metal.

Cuvântul „sare” în chimie nu înseamnă doar sarea de bucătărie. NaCl este doar una dintre mii de săruri; CaCO3 (calcarul), CuSO4 (piatra vânătă) și NaNO3 (salpetrul) sunt tot săruri.

Scrierea formulei se face prin echilibrarea valențelor: valența metalului trebuie să compenseze valența radicalului acid. Radicalii acizi care trebuie știuți, cu valența lor:

• valența 1: Cl− (clorură), NO3− (azotat/nitrat)
• valența 2: SO4 2− (sulfat), CO3 2− (carbonat), S2− (sulfură)
• valența 3: PO4 3− (fosfat)

Exemple de construcție:

• Na (valența 1) cu SO4 (valența 2): Na2SO4
• Ca (valența 2) cu Cl (valența 1): CaCl2
• Ca (valența 2) cu CO3 (valența 2): CaCO3, raport 1:1
• Al (valența 3) cu SO4 (valența 2): Al2(SO4)3

Denumirea se face după radicalul acid, urmat de numele metalului: clorură de sodiu, sulfat de cupru, carbonat de calciu, azotat de potasiu. Legătura cu acidul de proveniență este directă și se cere frecvent:

• acid clorhidric (HCl) → cloruri
• acid sulfuric (H2SO4) → sulfați
• acid azotic (HNO3) → azotați
• acid carbonic (H2CO3) → carbonați

O regulă de scriere care se greșește des: parantezele se pun când radicalul acid poliatomic apare de mai multe ori. Al2(SO4)3 înseamnă 2 atomi de aluminiu, 3 grupări sulfat, deci 3 atomi de sulf și 12 de oxigen. Scrierea Al2SO43 nu are niciun sens.

Clasificarea sărurilor

Prima clasificare, cerută în programă, se face după gradul de înlocuire a hidrogenului din acid.

Săruri neutre (normale) — hidrogenul acidului a fost complet înlocuit de metal:

• NaCl, Na2SO4, CaCO3, K3PO4

Săruri acide — hidrogenul a fost înlocuit doar parțial, deci sarea mai conține hidrogen. Apar numai de la acizii cu mai mulți atomi de hidrogen:

• NaHCO3 – carbonat acid de sodiu (bicarbonatul de sodiu, praful de copt)
• NaHSO4 – sulfat acid de sodiu
• Ca(HCO3)2 – carbonat acid de calciu, cel care dă duritatea temporară a apei

Săruri bazice — mai conțin grupări OH, provenind dintr-o neutralizare incompletă a bazei. Sunt doar menționate la acest nivel.

A doua clasificare, cea mai folosită în practică, este după solubilitatea în apă, pentru că ea decide dacă o reacție are loc sau nu:

• solubile: toate sărurile de sodiu, potasiu și amoniu, precum și toți azotații. Această regulă nu are excepții la nivelul clasei a VII-a și merită memorată exact așa.
• insolubile, cele care apar ca precipitate în exerciții: AgCl (alb, brânzos), BaSO4 (alb), CaCO3 (alb), CaSO4 (greu solubil), majoritatea carbonaților în afara celor de sodiu și potasiu.

Culorile care se cer la identificări: soluțiile de cupru sunt albastre, cele de fier (III) sunt galben-brune, cele de fier (II) sunt verzui. Restul sărurilor uzuale dau soluții incolore.

Metode de obținere a sărurilor

Sărurile sunt punctul de întâlnire al tuturor claselor de compuși studiate până acum, de aceea se pot obține pe multe căi. La evaluare se cer în special următoarele.

1. Acid + bază → sare + apă (neutralizare)

• HCl + NaOH → NaCl + H2O

2. Acid + oxid bazic → sare + apă

• 2HCl + CuO → CuCl2 + H2O

3. Acid + metal → sare + hidrogen (doar metale înaintea hidrogenului)

• Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2↑

4. Bază + oxid acid → sare + apă

• 2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O

5. Oxid bazic + oxid acid → sare

• CaO + CO2 → CaCO3

6. Metal + nemetal → sare (combinare directă)

• 2Na + Cl2 → 2NaCl
• Fe + S → FeS

7. Sare + sare → două săruri noi, dacă una precipită

• NaCl + AgNO3 → AgCl↓ + NaNO3

8. Sare + acid → sare nouă + acid nou, dacă se degajă un gaz sau precipită ceva

• CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2O + CO2↑

9. Metal activ + sarea unui metal mai puțin activ (substituție)

• Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu — cuiul de fier se acoperă cu un strat roșiatic de cupru, iar soluția albastră se decolorează treptat

Atenție la condiția de la ultima reacție: metalul care substituie trebuie să fie mai activ decât cel din sare. De aceea Fe scoate Cu din soluție, dar Cu nu poate scoate Fe — reacția Cu + FeSO4 nu are loc. Este cel mai frecvent item de tip „care reacție nu are loc”.

Proprietăți chimice și reacțiile de schimb ionic

Sărurile solubile disociază în apă, punând în libertate ionii din care sunt formate: NaCl → Na+ + Cl−. De aceea soluțiile lor conduc curentul electric, în timp ce sarea solidă nu conduce — ionii sunt ficși în rețeaua cristalină.

Proprietățile chimice ale sărurilor se reduc, în cea mai mare parte, la reacțiile de schimb ionic (numite și de dublă înlocuire): două substanțe își schimbă între ele partenerii.

Schema: AB + CD → AD + CB

Condiția fără de care reacția nu are loc — și aici se pierd cele mai multe puncte — este ca cel puțin unul dintre produși să părăsească soluția:

• să fie un precipitat (substanță insolubilă)
• să fie un gaz
• să fie un electrolit slab, cum este apa

Exemple corecte:

• cu formare de precipitat: BaCl2 + Na2SO4 → BaSO4↓ + 2NaCl; AgNO3 + NaCl → AgCl↓ + NaNO3
• cu formare de gaz: Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + H2O + CO2↑
• cu formare de bază insolubilă: CuSO4 + 2NaOH → Cu(OH)2↓ + Na2SO4

Exemplu în care reacția nu are loc: NaCl + KNO3. Toți produșii posibili (NaNO3 și KCl) sunt solubili, deci în vas rămân aceiași ioni amestecați — nu s-a întâmplat nimic din punct de vedere chimic.

Reacțiile de identificare care se cer la lucrări:

• ionul clorură se identifică cu AgNO3: precipitat alb, brânzos de AgCl
• ionul sulfat se identifică cu BaCl2: precipitat alb de BaSO4
• ionul carbonat se identifică cu un acid: efervescență cu degajare de CO2

Descompunerea termică este a doua proprietate cerută: carbonații insolubili se descompun la încălzire în oxid și CO2 — CaCO3 → CaO + CO2, reacția din cuptoarele de var.

Săruri importante și utilizările lor

Sărurile sunt printre cele mai folosite substanțe din viața de zi cu zi, iar itemii aplicativi cer exact aceste legături.

NaCl – clorura de sodiu (sarea de bucătărie). Se extrage din salinele din România, cum sunt cele de la Slănic Prahova, Turda sau Praid. Se folosește la conservarea și condimentarea alimentelor, la topirea gheții pe drumuri iarna și ca materie primă pentru obținerea NaOH, a clorului și a sodei.

CaCO3 – carbonatul de calciu. Se găsește în natură ca piatră de var, marmură, cretă, calcar, dar și în cochilii, coral și coaja de ou. Se folosește în construcții, la fabricarea varului și a cimentului. El este cel care formează stalactitele și stalagmitele din peșteri.

NaHCO3 – bicarbonatul de sodiu (praful de copt). La încălzire sau în contact cu un acid degajă CO2, care face aluatul să crească. Se mai folosește ca antiacid ușor și la stingerea incendiilor mici.

CuSO4 – sulfatul de cupru (piatra vânătă). Cristale albastre, folosite în agricultură pentru stropirea viței de vie și a pomilor, în compoziția zemii bordeleze. Este toxic pentru om.

CaSO4 – sulfatul de calciu. Sub formă hidratată dă ipsosul (gipsul), folosit în construcții și în medicină, pentru imobilizarea fracturilor.

KNO3 – azotatul de potasiu (salpetrul) și NH4NO3 – azotatul de amoniu: îngrășăminte chimice care aduc azot plantelor.

AgNO3 – azotatul de argint: în laborator, ca reactiv pentru identificarea clorurilor; sensibil la lumină, de aceea se păstrează în sticle brune.

O aplicație de mediu care se cere des: duritatea apei este dată de sărurile de calciu și magneziu dizolvate. Duritatea temporară, dată de Ca(HCO3)2, se îndepărtează prin fierbere, când se depune piatra din ceainice și din boilere, adică CaCO3.

Test — 6 întrebări ca la examen