Co to jsou soli? - Ing. Lubor Hajduch

Základní škola Újezd Kyjov
Chemie pro základní školy
SOLI
Co to jsou soli?
Soli jsou chemické sloučeniny, složené z kationtů kovů a aniontů kyselin.
Soli jsou nejvýznamnější iontové sloučeniny, které se ve velké míře
vyskytují v zemské kůře. Jsou nejdůležitějším zdrojem minerálních látek pro
rostliny.
Soli mohou vznikat následujícími reakcemi:
-
Slučováním kovu a nekovu
2K + Cl2 2KCl
-
Neutralizací
NaOH + HCl H2O + NaCl
-
Reakcí kyselinotvorného oxidu a hydroxidu
N2O5 + 2NaOH H2O + 2NaNO3
-
Reakcí zásadotvorného oxidu a kyseliny
Na2O + H2SO4 H2O + Na2SO4
-
Reakcí kyseliny a kovu
Zn + 2HCl H2 + ZnCl2
Soli se v přírodě vyskytují ve formě krystalů, vytváří velmi pevné (iontové)
vazby, mají vysoké body tání a varu, v roztoku a v tavenině vedou elektrický
proud.
Podle aniontu rozdělujeme soli na halogenidy, uhličitany, křemičitany,
sulfidy, dusičnany, fosforečnany, sírany, siřičitany a jiné.
Chlorid sodný aneb Sůl nad zlato
Chlorid sodný - NaCl, známý v běžném životě pod označením kuchyňská
sůl a nejčastěji prostě sůl, je chemická sloučenina, vyskytující se v přírodě
v podobě nerostu halitu, známého též pod označením sůl kamenná. Je to velmi
důležitá sloučenina potřebná pro životní funkce většiny organismů. Při nahřátí
plamenem se sůl dá roztavit a uvolňuje přitom chlor.
ING. LUBOR HAJDUCH
SOLI
1
Základní škola Újezd Kyjov
Chemie pro základní školy
Jodizovaná sůl - Kuchyňská sůl
běžně prodávaná v obchodech s potravinami
bývá ze zdravotních důvodů jodizovaná - je
do ní přidáno malé množství jódu ve formě
jodidu
draselného
nebo
jodičnanu
draselného. Je tím zabezpečeno, že v
populaci nevzniká deficit jódu, který by mohl
být příčinou vleklých zdravotních poruch či
nemocí.
Elektrolýza vodného roztoku NaCl
Elektrolytem je vodný roztok chloridu
sodného - NaCl, jenž je disociován na kladné
ionty sodíku Na+ a záporné ionty chloru Cl-.
V roztoku se dále nachází ionty H+ a OH-, Krystal Halitu NaCl
které zde vzniknou při disociaci H2O.
Elektrody mohou být např. uhlíkové. Elektrické napětí mezi elektrodami
usměrní pohyb iontů Na+ k záporné elektrodě, ze které si iont H+ vezme
elektron a změní se na elektricky neutrální částici - atom vodíku H, který se
sloučí s jiným atomem vodíku za vzniku molekuly H2.
Záporné ionty Cl- jsou přitahovány ke kladné elektrodě, které odevzdají
svůj přebytečný elektron, a po dvou se sloučí do elektricky neutrální
molekuly chloru Cl2.
Na záporné elektrodě se z roztoku nevylučuje pevný sodík (to by se stalo,
kdybychom místo vodného roztoku soli použili její taveninu - tímto procesem
také lze s úspěchem kovový sodík vyrobit), ale probíhá zde redukce vodíku.
Sodíkové kationty zůstávají v roztoku spolu s hydroxidovými anionty, kde
spolu reagují za vzniku hydroxidu sodného - jedná se o výrobu hydroxidu
sodného.
Chemické rovnice:
Disociace roztoku
NaCl + H2O Na+ + Cl- + H+ + OHReakce na anodě
Cl- - e- Cl
oxidace
2Cl Cl2
ING. LUBOR HAJDUCH
SOLI
2
Základní škola Újezd Kyjov
Chemie pro základní školy
Reakce na katodě
H+ + e-  H
redukce
2H  H2
Reakce v elektrolytu
Na+ + OH- NaOH
Celková reakce
2NaCl + 2H2O 2NaOH + H2 + Cl2
Reakce elektrolýzy v tavenině NaCl
2NaCl 2Na + Cl2
Použití NaCl:
Potravinářství (solení)
Chladící směs (NaCl + led) – chlazení
Konzervace potravin
Výroba Cl2, H2, NaOH a sody – elektrolýza vodného roztoku NaCl - solanka
Posypový materiál na náledí (NaCl + CaCl2)
Uhličitany
Uhličitany jsou soli kyseliny uhličité, které vznikly odštěpením dvou atomů vodíku.
Tím se liší od hydrogenuhličitanů, což jsou také soli kyseliny uhličité, kde se
odštěpil jeden vodík a byl nahrazen jiným kationtem.
Příklady uhličitanů
CaCO3 – uhličitan vápenatý (minerál kalcit, aragonit, hornina vápenec, mramor)
NaHCO3 – hydrogenuhličitan sodný (jedlá soda)
Na2CO3 – potaš, soda
MgCO3 – uhličitan hořečnatý (magnezit)
FeCO3 – uhličitan železnatý (siderit)
CaCO3 . MgCO3 – směs uhličitanu vápenatého a uhličitanu hořečnatého (dolomit)
ING. LUBOR HAJDUCH
SOLI
3
Základní škola Újezd Kyjov
Chemie pro základní školy
Nejznámější uhličitan – uhličitan vápenatý CaCO3
Jak se staví dům
V přírodě se vyskytuje ve formě vápence. Z vápence se vyrábí spousta
stavebních hmot. Ve starém Římě se používal vápenec ve formě mramoru jako
základní stavební prvek, který se používá do dnes. Dále se z vápence vyrábí
cement, jehož objev se taktéž připisuje starým Římanům.
Termickým rozkladem (zahříváním) se uhličitan vápenatý rozkládá za
vzniku oxidu vápenatého a oxidu uhličitého.
CaCO3  CaO + CO2
pálení vápna
Popsaný proces probíhá ve vápenkách a bývá označován jako pálení
vápna. Pro oxid vápenatý se užívá i název pálené vápno a pro hydroxid
vápenatý, který vzniká jeho reakcí s vodou se užívá označení hašené vápno.
CaO + H2O  Ca(OH)2
hašení vápna
Hydroxid vápenatý, který je málo rozpustný ve vodě se ve směsi s pískem
a vodou používá ve stavebnictví ke spojování cihel a nazývá se malta. Při tuhnutí
malty dochází k reakci hydroxidu vápenatého s oxidem uhličitým přítomným ve
vzduchu. Dochází ke vzniku uhličitanu vápenatého.
Ca(OH)2 + CO2  CaCO3 + H2O
tvrdnutí malty
Jak vznikají krasové jevy
Uhličitan vápenatý je prakticky
nerozpustný ve vodě. Pokud je ve
vodě protékající přes vápencové skály
rozpuštěn oxid uhličitý, dochází k
přeměně
nerozpustného
uhličitanu
vápenatého
na
rozpustný
hydrogenuhličitan vápenatý.
CaCO3 + CO2 + H2O  Ca(HCO3)2
Roztok
hydrogenuhličitanu
vápenatého
po
malých
kapkách Krasová výzdoba jeskyně Balcarka
dopadá na skálu a pomalu se z něj
odpařuje voda a uvolňuje se oxid uhličitý. Při poklesu koncentrace oxidu
uhličitého v roztoku dochází k rozkladu hydrogenuhličitanu zpět na uhličitan reakce probíhá tedy v opačném směru a dochází ke vzniku krápníků.
ING. LUBOR HAJDUCH
SOLI
4
Základní škola Újezd Kyjov
Chemie pro základní školy
Vodní kámen
Hydrogenuhličitan vápenatý a hořečnatý způsobují tzv. přechodnou tvrdost
vody. Tu lze na rozdíl od tvrdosti trvalé (způsobena sírany obou prvků)
odstranit varem. Hydogenuhličitany se rozkládají a přecházejí na uhličitany, které
se usazují jako tzv. vodní kámen nebo kotelní kámen.
Další využití uhličitanu vápenatého a hořečnatého
Uhličitan vápenatý a uhličitan hořečnatý se používají ve spoustě dalších
oborů lidské činnosti. Mramor se používá např. na výrobu soch. V zemědělství
mají význam jako hnojiva a ve farmacii se používají jako zdroj vápníku a hořčíku.
V průmyslu se používají jako bílý pigment a plnivo.
Soda
Hydrogenuhličitan sodný - NaHCO3 - neboli jedlá soda (soda bicarbona) je
bílý prášek se zásaditou chutí. Hydrogenuhličitan sodný se používá jako
součást kypřících prášků do pečiva a šumivých prášků do nápojů, k neutralizaci
poleptání kyselinou či k neutralizaci žaludečních šťáv při překyselení žaludku.
Může se také používat jako náplň do hasících přístrojů.
Uhličitan sodný - Na2CO3 - též soda nebo soda na praní, je anorganická
sloučenina. Je to sodná sůl kyseliny uhličité. V bezvodém stavu jde o bílý prášek
tající při 851 °C. Ve vodě se snadno rozpouští. Krystalizací za laboratorní teploty
lze získat nejdůležitější hydrát tzv. krystalovou sodu Na2CO3·10H2O. Vodné
roztoky sody jsou silně zásadité z důvodu hydrolytického štěpení (je to sůl silné
zásady a slabé kyseliny). Soda se synteticky vyrábí ve velkém množství
z chloridu sodného. Jsou dva základné procesy výroby sody, tzv. Solvayův proces
a tzv. Leblancův proces
Soda se používá při výrobě skla, papíru a detergentů (pracích prášků).
Časté je i použití jako prostředku pro vytvoření zásaditého prostředí. V
domácnosti je soda používána jako změkčovadlo vody. Váže ionty hořčíku a
vápníku za vzniku patřičných nerozpustných uhličitanů. Bez jejího použití by bylo
nutné použít nadbytečné množství pracího prostředku. Soda je často používána
ve fotografických procesech jako pH regulátor k zajištění stabilního zásaditého
prostředí nutného pro správnou funkci vývojek.
Křemičitany
Křemičitany, někdy jsou nazývány silikáty - jsou chemické sloučeniny
křemíku, jsou to látky vesměs nerozpustné ve vodě až na křemičitany alkalických
kovů Na2SiO3 (vodní sklo, kapalné sklo) a K2SiO3. Křemičitany vápenaté, hlinité,
železité jsou rozpustné v kyselinách a jsou součástí přírodních minerálních
surovin pro průmysl stavebních hmot. Všechny křemičitany lze rozpustit v
koncentrovaných roztocích alkalických hydroxidů nebo za vysokých teplot v jejich
ING. LUBOR HAJDUCH
SOLI
5
Základní škola Újezd Kyjov
Chemie pro základní školy
taveninách. Křemičitany jako minerály jsou nerosty nekovového vzhledu a
obvykle jsou součástí hornin. Jsou to nejrozšířenější látky v zemské kůře.
Jsou důležité pro stavební průmysl. Používají se na výrobu cementů
společně s vápencem. Dále slouží pro výrobu porcelánu, keramických výrobků,
obklady, dlaždice, cihly, střešní krytiny, izolátory elektrického proudu a jiné.
Sírany
Síran vápenatý CaSO4 - se v přírodě nachází ve dvou minerálech, v sádrovci
a anhydritu. Sádrovec je dihydrát síranu vápenatého CaSO4 . 2 H2O, jemnozrnný
sádrovec se nazývá alabastr, průhledná odrůda mariánské sklo. Můžeme ho najít
v jílovcích, na hnědém uhlí nebo ve zvětralých jílovitých břidlicích, které
obsahovaly sulfidy. Má bílou barvu. Pálením sádrovce na prášek vzniká sádra.
Sádrovec se přidává také jako přísada do cementu. Anhydrit je bezvodý síran
vápenatý. Je to průhledná bezbarvá látka.
Síran barnatý BaSO4 - se v přírodě vyskytuje v nerostu barytu. Tvoří
samostatné žíly nebo doprovází rudné žíly. Je žlutý, bezbarvý nebo bílý. Používá
se k výrobě barya a jeho sloučenin, k výrobě materiálů snižujících průchod
rentgenového záření a v lékařství, např. jako kontrastní látka při rentgenování
trávícího ústrojí.
Síran měďnatý CuSO4 . 5H2O – modrá skalice – Je to nejběžnější sloučenina
mědi. Vzniká reakcí kyseliny sírové a oxidu měďnatého.
H2SO4 + CuO CuSO4 + 2H2O
V bezvodém stavu tvoří bílý prášek, který přijímáním vody modrá. Z vodného
roztoku krystalizuje jako pentahydrát CuSO4·5H2O, v lazurově modrých,
průhledných trojklonných krystalech. Modrá skalice je technicky nejdůležitější
solí mědi.
Použití:
-
Materiál pro výrobu minerálních barev, barvené kůží
Impregnace dřeva proti hnilobě
Konzervování vycpanin
Moření osiva
Postřiky proti škůdcům rostlinných kultur (bordóská jícha – směs roztoku
modré skalice a vápenného mléka – ochrana vinné révy)
Součást poměďovacích lázní
ING. LUBOR HAJDUCH
SOLI
6
Základní škola Újezd Kyjov
Chemie pro základní školy
POZOR je toxický
Při požití dochází k silnému zvracení a vodnatým průjmům s příměsí krve.
Postižený může s příznaky těžkého šoku zemřít během několika hodin. Jako
protijed podáme mléko.
Síran železnatý FeSO4 . 7H2O – zelená skalice – používá se jako dezinfekce
při úpravě vod. Je možné ho použít na chemické ošetření trávníků proti
nežádoucímu mechu.
Síran zinečnatý ZnSO4 . 7H2O – bílá skalice tato látka je technicky
důležitá zinečnatá sůl. Slouží jako konzervační činidlo k impregnaci dřeva,
součást barviv pro potisk tkanin, součást elektrolytu pro galvanické pokovování,
aj.
Síran sodný Na2SO4 – sodná sůl kyseliny sírové. Bezvodý síran sodný je bílá
krystalická látka známá jako minerál thenardit.
Dekahydrát síranu sodného je známý od 17. století jako Glauberova
sůl nebo mirabilit (historicky sal mirabilis). Síran sodný se vyskytuje také jako
heptahydrát, který se při ochlazování mění na dekahydrát. Roční výroba síranu
sodného je 6 milionů tun, jde o jednu z hlavních světových chemikálií a jednu z
nejškodlivějších solí z hlediska ochrany staveb; pokud krystaly rostou v pórech
kamenů, může tlak dosáhnout vysokých hodnot a kameny pak praskají.
Síran sodný se používá hlavně při výrobě čistících prostředků, při výrobě
skla a při tzv. Kraftově procesu rozvlákňování papíru. Okolo dvou třetin produkce
pochází z přírodního minerálu mirabilitu, zbytek z vedlejších produktů
chemických procesů, např. z výroby kyseliny chlorovodíkové.
Laboratorně si můžeme síran sodný vyrobit neutralizací kyseliny sírové
hydroxidem sodným.
2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Přestože je síran sodný obecně považován za netoxický, je potřeba s ním
zacházet opatrně. Jeho prach může způsobit dočasné astma nebo podráždění očí.
Tomu lze zabránit použitím respirátoru a ochrany očí.
Síran hořečnatý MgSO4 - Je silně hydroskopický, po doplnění krystalové
vody má formu heptahydrátu MgSO4 . 7H2O – epsomská sůl nebo hořká sůl. Je
významnou součástí mořské vody i některých minerálních vod (Šaratica).
Tradičně je součástí solí do koupele a součást projímadel.
Kamence – jsou podvojné soli kyseliny sírové. Používají se k ošetření
poraněné pokožky při říznutí při holení či štípnutí hmyzem a zároveň uzavírání
ran. Rovněž je lze použít proti pocení pokožky. Některé kamence se používají ve
fotografii.
ING. LUBOR HAJDUCH
SOLI
7
Základní škola Újezd Kyjov
Chemie pro základní školy
Kamenec amonno-hlinitý
NH4Al(SO4)2 . 12H2O
Kamenec draselno-hlinitý
KAl(SO4)2 . 12H2O
Kamenec draselno-chromitý
KCr(SO4)2 . 12H2O
Kamenec amonno.železitý
NH4Fe(SO4)2 . 12H2O
Dusičnany
Nazývány též jako Ledky nebo nitráty. Jsou to soli kyseliny dusičné.
Dusičnan sodný NaNO3 – chilský ledek – použití jako hnojivo
Dusičnan vápenatý Ca(NO3)2 – použití jako hnojivo
Dusičnan amonný NH4NO3 – používá se jako složka trhavin
Dusičnan draselný KNO3 – ledek draselný – používá se jako hnojivo, sůl
k nasolování masa – Sanytr (označení E252). Dusičnan draselný je
nejvýznamnější složkou původního černého střelného prachu.
Další důležité soli
Fosforečnany – jsou nejčastěji soli kyseliny trihydrogenfosforečné H3PO4.
Fosforečnan vápenatý s obsahem vázaného fluoru je obsažen v kostech
živočichů. Rostlinám je dodáván fosfor ve formě fosforečných hnojiv. V půdě se
se z nich uvolňují hydrogenfosforečnanové a dihydrogenfosforečnanové anionty,
které rostliny přijímají s vodou.
Soli ve výživě
Chemické prvky potřebné pro výživu organizmů se nazývají biogenní
prvky. Podle potřeby organizmu je dělíme na:
-
Makrobiogenní – N, P, K, C, O, H
Mikrobiogenní – S, Fe, I
Stopové – B, Zn, Se
Pokud jsou soli ve vodě rozpustné, dostávají se jako vodné roztoky do těl
organizmů. Rostliny přijímají většinu biogenních prvků v podobě iontů z půdního
roztoku. Živočichové malou část biogenních prvků přijímají ve formě iontů
obsažených ve vodách.
ING. LUBOR HAJDUCH
SOLI
8
Základní škola Újezd Kyjov
Chemie pro základní školy
Hnojiva
Hnojiva – jsou směsi, které se používají pro zlepšení růstu rostlin. Obvykle
jsou aplikována přes půdu pro příjem kořeny nebo hnojením listů, pro příjem
listy. Hnojiva obvykle poskytují v různých poměrech tři hlavní biogenní prvky
(makrobiogenní) – dusík, fosfor a draslík. Dále obsahují sekundární biogenní
prvky (mikrobiogenní) – vápník, síra, hořčík a stopové prvky – mangan, železo,
zinek, selen atd.
Hnojiva dělíme na:
-
Statková (chlévský hnůj, kompost, močůvka, kejda)
Průmyslová
o podle biogenního prvku (dusíkatá, vápenná, fosforečná, draselná)
o jednosložková, vícesložková
o podle skupenství (pevná, kapalná)
Soli v pitné vodě
Živočichové přijímají hlavní biogenní prvky vázané v organických
sloučeninách, ale malé množství v podobě anorganických iontů rozpuštěných ve
vodě, zejména ve vodách minerálních. Kvalitní voda doplňuje potřebné minerální
látky, ale ke stálé konzumaci není vhodná. Minerální vody je třeba střídat,
nejlépe po poradě s lékařem.
Soli v užitkové vodě
V potrubí a nádobách na pitnou i užitkovou vodu se na stěnách postupně
usazují ve vodě nerozpustné soli. Těmto usazeninám říkáme vodní kámen nebo
kotelní kámen. Mnohem více se vodní kámen usazuje v potrubí na horkou vodu a
v nádobách, kde se voda převařuje. Je to dáno tím, že z vody při zahřívání uniká
rozpuštěný oxid uhličitý a hydrogenuhličitanové anionty se mění na anionty
uhličitanové. Ty se spojují s přítomnými kationty a tvoří tak nerozpustné nebo
málo rozpustné uhličitany. Množství solí obsažených ve vodě nám udává tvrdost
vody.
Tvrdost vody – je vlastnost, která vyjadřuje obsah rozpuštěných solí ve
vodě. Tvrdost vody má význam pro její využití jako pitné i užitkové vody. Je
zdrojem vodního i kotelního kamene a ovlivňuje i chuťové vlastnosti vody. Může
být trvalá a přechodná. Trvalou tvrdost vody způsobují rozpuštěné chloridy,
sulfidy, dusičnany a křemičitany. Přechodnou tvrdost vody způsobuje rozpuštěný
hydrogenuhličitan vápenatý Ca(HCO3)2. Po jeho vysrážení vzniká uhličitan
vápenatý CaCO3, což je vodní kámen. Přechodnou tvrdost vody lze na rozdíl od
trvalé tvrdosti, odstranit varem.
ING. LUBOR HAJDUCH
SOLI
9