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 + Cl 2 2KCl - Neutralizací NaOH + HCl H 2 O + NaCl - Reakcí kyselinotvorného oxidu a hydroxidu N 2 O 5 + 2NaOH H 2 O + 2NaNO 3 - Reakcí zásadotvorného oxidu a kyseliny Na 2 O + H 2 SO 4 H 2 O + Na 2 SO 4 - Reakcí kyseliny a kovu Zn + 2HCl H 2 + ZnCl 2 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. 1
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 -, které zde vzniknou při disociaci H 2 O. Krystal Halitu NaCl 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 H 2. Záporné ionty Cl - jsou přitahovány ke kladné elektrodě, které odevzdají svůj přebytečný elektron, a po dvou se sloučí do elektricky neutrální molekuly chloru Cl 2. 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 + H 2 O Na + + Cl - + H + + OH - Reakce na anodě Cl - - e - Cl oxidace 2Cl Cl 2 2
Reakce na katodě H + + e - H redukce 2H H 2 Reakce v elektrolytu Na + + OH - NaOH Celková reakce 2NaCl + 2H 2 O 2NaOH + H 2 + Cl 2 Reakce elektrolýzy v tavenině NaCl 2NaCl 2Na + Cl 2 Použití NaCl: Potravinářství (solení) Chladící směs (NaCl + led) chlazení Konzervace potravin Výroba Cl 2, H 2, NaOH a sody elektrolýza vodného roztoku NaCl - solanka Posypový materiál na náledí (NaCl + CaCl 2 ) 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 CaCO 3 uhličitan vápenatý (minerál kalcit, aragonit, hornina vápenec, mramor) NaHCO 3 hydrogenuhličitan sodný (jedlá soda) Na 2 CO 3 potaš, soda MgCO 3 uhličitan hořečnatý (magnezit) FeCO 3 uhličitan železnatý (siderit) CaCO 3. MgCO 3 směs uhličitanu vápenatého a uhličitanu hořečnatého (dolomit) 3
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. CaCO 3 CaO + CO 2 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 + H 2 O 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 + CO 2 CaCO 3 + H 2 O 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. CaCO 3 + CO 2 + H 2 O Ca(HCO 3 ) 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. 4
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 - NaHCO 3 - 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 - Na 2 CO 3 - 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 Na 2 CO 3 10H 2 O. 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 Na 2 SiO 3 (vodní sklo, kapalné sklo) a K 2 SiO 3. 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 5
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 CaSO 4 - se v přírodě nachází ve dvou minerálech, v sádrovci a anhydritu. Sádrovec je dihydrát síranu vápenatého CaSO 4. 2 H 2 O, 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 BaSO 4 - 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 CuSO 4. 5H 2 O modrá skalice Je to nejběžnější sloučenina mědi. Vzniká reakcí kyseliny sírové a oxidu měďnatého. H 2 SO 4 + CuO CuSO 4 + 2H 2 O V bezvodém stavu tvoří bílý prášek, který přijímáním vody modrá. Z vodného roztoku krystalizuje jako pentahydrát CuSO 4 5H 2 O, 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 6
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 FeSO 4. 7H 2 O zelená skalice používá se jako dezinfekce při úpravě vod. Je možné ho použít na chemické ošetření trávníků proti nežádoucímu mechu. Síran zinečnatý ZnSO 4. 7H 2 O 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 Na 2 SO 4 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 + H 2 SO 4 Na 2 SO 4 + 2H 2 O 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 MgSO 4 - Je silně hydroskopický, po doplnění krystalové vody má formu heptahydrátu MgSO 4. 7H 2 O 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. 7
Kamenec amonno-hlinitý Kamenec draselno-hlinitý Kamenec draselno-chromitý Kamenec amonno.železitý NH 4 Al(SO 4 ) 2. 12H 2 O KAl(SO 4 ) 2. 12H 2 O KCr(SO 4 ) 2. 12H 2 O NH 4 Fe(SO 4 ) 2. 12H 2 O Dusičnany Nazývány též jako Ledky nebo nitráty. Jsou to soli kyseliny dusičné. Dusičnan sodný NaNO 3 chilský ledek použití jako hnojivo Dusičnan vápenatý Ca(NO 3 ) 2 použití jako hnojivo Dusičnan amonný NH 4 NO 3 používá se jako složka trhavin Dusičnan draselný KNO 3 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 H 3 PO 4. 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. 8
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(HCO 3 ) 2. Po jeho vysrážení vzniká uhličitan vápenatý CaCO 3, což je vodní kámen. Přechodnou tvrdost vody lze na rozdíl od trvalé tvrdosti, odstranit varem. 9