LECTURA
PROPIEDADES DE LAS SALES
Podemos decir que las sales son compuestos que se forman cuando un catión (ion metálico o un ion poliatómico positivo) remplaza a uno o más de los iones hidrógeno de un ácido, o cuando un anión (ion no metálico o un ion poliatómico negativo) reemplaza a uno de los iones hidróxido de una base. Por consiguiente una sal es un compuesto iónico formado por un ion con carga positiva (catión) y un ion con carga negativa (anión). Son ejemplos de sales los compuestos binarios de cationes metálicos con aniones no metálicos y los compuestos ternarios formados por cationes metálicos o iones amonio con iones poliatómicos negativos. En el cuadro N° 1 se presentan ejemplos de sales importantes por su utilidad.
Cuadro N° 1 Ejemplos de sales y sus usos
SAL
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USO
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CaSO4● 2H2O (yeso)
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Material de construcción
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NaHCO3 (bicarbonato de sodio)
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Polvo de hornear, extintores de fuego, antiácido y desodorizante
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MgSO4●7H2O (sales de Epson)
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Laxante, lavado de tejidos infectados
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CaCO3 (mármol, piedra caliza)
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Materia prima para el cemento, antiácido, para prevenir la diarrea
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NaCl (sal de mesa)
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Sazonador, usos industriales
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Na2CO3
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Usos industriales
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NaNO3
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Fertilizantes y explosivos
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Na2S2O3 (tiosulfato de sodio)
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Fotografía
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KCl (Silvita)
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Fertilizantes
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KBr
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Medicina y fotografía
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KNO3
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Fertilizantes y explosivos
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En los cuadros N°2 y N°3 se resumen las propiedades de las sales iónicas.
Cuadro N°2 Propiedades de los compuestos iónicos
Muchos se forman por la combinación de metales reactivos con no metales reactivos.
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Son sólidos cristalinos.
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Tienen elevadas temperaturas de fusión y ebullición, ya que las fuerzas actuantes son suficientemente intensas como para conferir al cristal iónico una elevada estabilidad térmica, por lo que la destrucción de su estructura requiere el suministro de cantidades apreciables de energía.
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En estado sólido, los compuestos iónicos no conducen la electricidad, ya que los iones tienen posiciones fijas y no pueden moverse en la red iónica. Al fundirse o al disolverse, se rompe la estructura cristalina, los iones (cargas eléctricas) quedan libres y pueden conducir la electricidad.
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En general son solubles, lo son en disolventes como el agua, pero no en otros disolventes como la gasolina, el benceno o el tetracloruro de carbono.
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Cuadro N°3 Temperaturas de fusión de diversos compuestos iónicos
Compuesto
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Temperatura de Fusión (°C)
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KCl
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776
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NaCl
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801
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BaSO4
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1600
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Reglas de solubilidad
Muchos de los compuestos iónicos que encontramos casi a diario, como la sal de mesa, el bicarbonato para hornear y los fertilizantes para las plantas caseras, son solubles en agua. Por ello, resulta tentador concluir que todos los compuestos iónicos son solubles en agua, cosa que no es verdad. Aunque muchos compuestos iónicos son solubles en agua, algunos son pocos solubles y otros parcialmente no se disuelven. Esto último sucede no porque sus iones carezcan de afinidad por las moléculas de agua, sino por que las fuerzas que mantienen a los iones en la red cristalina son tan fuertes que las moléculas del agua no pueden llevarse los iones.
Cuadro N° 4 Reglas de solubilidad de compuestos iónicos.
IONES
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SOLUBILIDAD EN AGUA
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Amonio NH4+, sodio Na+ y potasio K+
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Todas las sales de amonio, sodio y potasio son solubles
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Nitratos NO3-
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Todos los nitratos son solubles
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Cloruros Cl-
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Todos los cloruros son solubles excepto AgCl, AgCl2 y PbCl2
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Sulfatos SO42-
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La mayor parte de los sulfatos son solubles; las excepciones incluyen SrSO4, BaSO4 y PbSO4
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Cloratos ClO3-
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Todos los cloratos son solubles
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Percloratos ClO4-
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Todos los percloratos son solubles
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Acetatos CH3CO2-
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Todos los acetatos son solubles
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Fosfatos PO43-
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Todos los fosfatos son insolubles, excepto los de NH4+ y los elementos del grupo IA (cationes de metales alcalinos)
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Carbonatos CO32-
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Todos los carbonatos son insolubles, excepto los de NH4+y los elementos del grupo IA (cationes de metales alcalinos)
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Hidróxidos OH-
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Todos los hidróxidos son insolubles, excepto los de NH4+y los elementos del grupo IA (cationes de metales alcalinos), Sr(OH)2 y Ba(OH)2, Ca(OH)2 es ligeramente soluble
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Óxidos O2-
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Todos los óxidos son insolubles, excepto los de los elementos del grupo IA (cationes de metales alcalinos)
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Oxalatos C2O42-
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Todos los oxalatos son insolubles, excepto los de NH4+ y los elementos del grupo IA (cationes de metales alcalinos)
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Sulfuros S2-
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Todos los sulfuros son insolubles, excepto los de NH4+ y los elementos del grupo 1A (Cationes de metales alcalinos) y del grupo IIA (MgS,CaS y BaS son poco solubles)
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Las reglas de solubilidad del cuadro N°4 son pautas generales que nos permiten predecir la solubilidad en agua de los compuestos iónicos con base en los iones que contienen. Si un compuesto contiene al menos uno de los iones indicados para compuestos solubles en el cuadro entonces el compuesto es al menos moderadamente soluble. El cuadro muestra ejemplos que ilustran las reglas de solubilidad, sobre todo la comparación entre los nitratos, cloruros e hidróxidos de diversos iones metálicos. Por ejemplo, supongamos que aplicamos las reglas de solubilidad para averiguar si el NiSO4es soluble en agua. El NiSO4 contiene iones Ni2+ y SO42-. Aunque el Ni2+ no se menciona en la tabla las sustancias que contienen SO42- se describen como solubles (con excepción de SrSO4, BaSO4 y PbSO4. Puesto que el NiSO4 contiene un ion SO42- que indica solubilidad, predecimos que es soluble. Otros ejemplos son el AgNO3 y el Cu(NO3)2, no todos los nitratos son solubles. El Cu(OH)2 y el AgOH, como la mayor parte de los hidróxidos, son insoluble. El CdS el Sb2S3 y el PbS como casi todos los sulfuros, son insolubles; pero el (NH4)2S es la excepción a la regla ya que es soluble.
Electrolitos y no electrolitos
“Agua dulce y “agua salada” son ejemplos de dos soluciones. Una diferencia significativa entre las dos se puede demostrar con un conductímetro. Que consiste en una fuente de electricidad que puede ser una batería o un contacto doméstico conectado a un foco. Uno de los cables se corta y a las dos puntas se les retira el aislamiento. Esto rompe el circuito. Si no juntamos las dos puntas, el foco no se prende. Si estas puntas separadas se colocan en agua destilada o en una solución de azúcar en agua, el foco no se enciende. No obstante, si son colocadas en una solución de sal, el foco se ilumina. El agua pura y una solución de azúcar en agua no conducen la electricidad y entonces no completan o cierran el circuito. El azúcar y otros solutos no conductores se llaman no electrolitos. Una solución acuosa de cloruro de sodio es un conductor eléctrico, y la sal es clasificada como un electrolito. ¿Pero como explicamos esta diferencia?
En la figura Nº 1 si se introduce en un vaso con agua destilada dos electrodos y los conectamos a una fuente de energía como se puede observar:
Figura N° 1. Electrolitos y no electrolitos
El flujo de corriente eléctrica involucra el transporte de cargas eléctricas, por consiguiente el hecho de que las soluciones de cloruro de sodio conduzcan la electricidad nos sugiere que ellas contienen especies cargadas eléctricamente. Estas especies se llaman iones, del griego “viajero”. Cuando el cloruro de sodio se disuelve en agua, se rompe en cationes cargados positivamente Na+ y aniones cargados negativamente Cl-, que se mezclan uniformemente con las moléculas y se dispersan por toda la solución. Como los aniones y los cationes están en libertad de moverse dentro de la solución, ellos son los responsables de conducir la electricidad, es decir, llevan consigo cargas eléctricas. Te sorprendería si te decimos que los iones Na+ y Cl- existen tanto en el salero como en la sopa. Veamos la razón, el cloruro de sodio es un arreglo cúbico tridimensional de iones sodio y cloruro ocupando posiciones alternas (fig.2.) Estos iones de carga opuesta se atraen una a otro por medio de enlaces iónicos que mantienen unido el cristal. En un compuesto iónico tal como el NaCl no existen moléculas unidas por enlaces covalentes, solo aniones y cationes.
Pero, ¿Por qué ciertos átomos pierden y ganan electrones para formar iones?
La respuesta involucra a la estructura electrónica. Un átomo de sodio tiene un solo electrón en su último nivel de energía. Un átomo de cloro, tiene siete, para ambos, la estabilidad se asocia con tener ocho electrones en su último nivel “Regla de octeto”.
FIGURA Nº 2 Enlaces iónicos que mantienen unido el cristal de NaCl
Los compuestos iónicos que se disocian totalmente (100%) en solución acuosa se conocen como electrolitos fuertes, mientras que aquellas que se convierten parcialmente en iones en solución, se conocen como electrolitos débiles.
Los términos catión y anión se derivan de las palabras griegas ion (viajero), kata (hacia abajo) y ana (hacia arriba).
Solubilidad de los compuestos iónicos
Muchos compuestos iónicos son completamente solubles en agua. Cuando una muestra sólida es colocada en agua, las moléculas polares de H2O son atraídas hacia los iones individuales. El átomo de oxigeno de la molécula de agua tienen una carga neta negativa y es atraído hacia los cationes. Debido a su carga positiva, los átomos de hidrógeno del agua son atraídos hacia los aniones del soluto. Los iones son entonces rodeados por moléculas de agua, los cuales forman una pantalla impidiendo la atracción de los iones de cargas opuestas. La atracción anión-catión disminuye, mientras la atracción entre los iones y las moléculas de H2O es considerable. El resultado es que los iones son jalados fuera del sólido y hacia la solución. En disolución, los compuestos iónicos se ionizan en sus cationes y aniones. La siguiente ecuación y la figura Nº 3 representan este proceso para el cloruro de sodio y agua:
FIGURA Nº 3. Ionización del cloruro de sodio en disolución acuosa
La (ac) en la ecuación indica que los iones están presentes en solución acuosa. Esto significa que cada ion está rodeado de una capa envolvente de molécula de agua que conserva separados a los iones de carga opuesta como se representa en la figura Nº 4
FIGURA Nº 4. Iones en solución
En la figura se observa la organización de las moléculas de agua alrededor de los iones con los átomos de oxigeno más próximos a los cationes y los átomos de hidrogeno más próximos a los aniones. De esta forma existen los iones en solución.
