SolamisoleSolami, nazywane są związkami chemicznymi, będącymi produktami reakcji chemicznych, m.in. kwasów z zasadami, na skutek której labilne atomy wodoru z kwasu (wszystkie lub ich część) zastąpione są atomami (lub grupami) o dodatnim ładunku. Związki te na ogół mają strukturę jonową (np. ), w której nie można wyróżnić pojedynczych cząsteczek soli, chociaż znane są również sole o budowie kowalencyjnej (np. ). Wzory sumaryczne soli tworzy się poprzez połączenie atomu bądź kationu metalu (lub kationu amonu) – z lewej strony z resztą kwasową lub z prawej z anionem reszty kwasowej.
Gdzie:
– oznacza atom metalu lub złożony jon, np. uranylowy, wanadylowy;
– oznacza resztę kwasową;
– oznacza współczynnik stechiometryczny reszty kwasowej, którego wartość jest taka jak stopień utlenieniastopień utlenieniastopień utlenienia metalu lub ładunek jonu metalu;
– oznacza współczynnik stechiometryczny metalu lub kationu metalu, którego wartość jest równa wartościowości reszty kwasowej.
Wzory sumaryczne pozwalają na ustalenie składu pierwiastkowego, lecz nie dostarczają one informacji na temat ich wzajemnych połączeń. Informacje te można uzyskać ze wzorów strukturalnychwzór strukturalnywzorów strukturalnych, które ukazują, w jaki sposób atomy połączone są w związku.
bg‑pink
Rysowanie wzorów strukturalnych soli
We wzorach strukturalnych do narysowania wiązań kowalencyjnych pomiędzy atomami posługujemy się kreskami (które łączą dwa atomy pierwiastków), jedna kreska oznacza jedno wiązanie. Dla związków jonowych do narysowania ich struktur wykorzystujemy wzory Lewisa. Powstaje pytanie, jak narysować wzory strukturalne dla soli?
Dla fosforanu() potasu (), który jest solą tworzącą związki jonowe, wzór strukturalny wygląda w sposób następujący:
RQ14JNm4a1EDk
Ilustracja przedstawiająca wzór strukturalny , który to zbudowany jest anionu fosforanowego(<math aria‑label="pięć">V) przedstawionego jako atom fosforu związany za pomocą wiązania podwójnego z jednym atomem tlenu oraz za pomocą wiązań pojedynczych z trzema atomami tlenu, które to znajdują się w nawiasie kwadratowym, względem którego w indeksie górnym znajduje się wartość ładunku trzy minus. Anion otoczony jest przez trzy kationy potasu .
Wzór strukturalny
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Dla chlorku tytanu() (), który jest solą posiadającą wiązania kowalencyjne, wzór wygląda następująco:
R1e95IXufzzGJ
Ilustracja przedstawiająca wzór strukturalny tetrachlorku tytanu zbudowanego z atomu tytanu połączonego za pomocą wiązań pojedynczych z czterema atomami chloru .
Wzór strukturalny
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Poniższa tabela przedstawia przykładowe sole o różnych stopniach utlenienia metali i reszt kwasowych.
Przykłady soli o różnych stopniach utlenienia metali i wartościowościach reszt kwasowych
Nazwa soli
Wzór soli
Stopień utlenienia metalu
Wartościowość reszty kwasowej
Chlorek tytanu()
Siarczek potasu
Chlorek żelaza()
Siarczan() cynku
Siarczan() potasu
Azotan() amonu
Azotan() strontu
Węglan glinu
Fosforan() magnezu
Siarczan() sodu
1
Polecenie 1
Narysuj wzór strukturalny siarczku potasu.
R19RdzYHTfIqX
Odpowiedź zapisz w zeszycie do lekcji chemii, zrób zdjęcie, a następnie umieść je w wyznaczonym polu.
Opisz wzór strukturalny siarczku potasu.
R17YnOjmrDFMC
(Uzupełnij).
Potas znajduje się w pierwszej grupie układu okresowego pierwiastków. Zatem jego stopień utlenienia wynosi , natomiast wartościowość reszty kwasowej wynosi .
Można zatem wywnioskować, że w tej soli będą obecne dwa kationy potasu i jeden anion siarczkowy.
W pierwszym kroku należy narysować kation metalu, w tym przypadku dwa, tak żeby pomiędzy nimi można było wprowadzić anion siarczkowy i napisać odpowiednią liczbę i ładunek jonu (dodatni dla kationu) przy tym metalu:
R1ZL3ikIZKfxR
ilustracja przedstawiająca dwa kationy potasu znajdujące się w pewnej odległości od siebie.
Dwa kationy potasu
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Następnie należy umieścić jeden dwuujemny anion siarczkowy w centrum:
R1LMq9cAci9q3
Ilustracja przedstawiająca wzór strukturalny siarczku potasu. Pomiędzy narysowanymi uprzednio dwoma kationami potasu umieszczono anion siarczkowy reprezentowany przez symbol siarki otoczony czterema parami elektronowymi symbolizowanymi przez w sumie osiem kropek i znajdujący się w nawiasie kwadratowym, względem którego znajduje się wartość ładunku wynosząca dwa minus.
Wzór strukturalny siarczku potasu
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
1
Polecenie 2
Narysuj wzór strukturalny .
R1bFSVLXoaAmg
Odpowiedź zapisz w zeszycie do lekcji chemii, zrób zdjęcie, a następnie umieść je w wyznaczonym polu.
RAkb78hcH8YyZ
(Uzupełnij).
Rysując wzór soli na podstawie wzoru sumarycznego, nie trzeba obliczać stopnia utlenienia metalu i reszty kwasowej. Wystarczy spojrzeć na indeksy dolne przy jonach i na tej podstawie wywnioskować, jakie są stopnie utlenienia. Dla powyższego przykładu kation amonu ma stopień utlenienia równy (), a reszta kwasowa, która pochodzi od kwasu azotowego() (), posiada wartościowość równą .
Krok
Rysowanie wzoru soli należy rozpocząć od narysowania kationu amonu. W tym celu należy nakreślić atom azotu na środku i poprowadzić od niego wiązania (ponieważ w są atomy wodoru), uwzględniając fakt, że jedno z wiązań jest wiązaniem koordynacyjnym.
R1QPTcj2qPhH0
Ilustracja przedstawiająca strukturę kationu amonowego z wiązaniem donorowo‑akceptorowym znajdującą się w nawiasie kwadratowym, względem którego w indeksie górnym znajduje się znak plus. W nawiasie narysowany jest atom azotu połączony za pomocą wiązań pojedynczych z trzema atomami wodoru . Od atomu azotu odchodzi strzałka w kierunku czwartego atomu wodoru symbolizująca wiązanie donorowo‑akceptorowe.
Struktura kationu amonowego z wiązaniem donorowo‑akceptorowym
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Krok
Następnie rysujemy anion reszty kwasowej. Jon można nakreślić zgodnie z diagramem Lewisa, uwzględniając fakt, że jon ten posiada dwa typy wiązań azot–tlen: jedno wiązanie podwójne i dwa pojedyncze. Sugeruje to, że jedno wiązanie azot–tlen jest krótsze i silniejsze niż każde z dwóch pozostałych.
Struktura Lewisa jonu azotanowego() uwzględnia również obecność ładunków formalnych na atomach. W jonie istnieją dwa typy atomów tlenu – jeden formalnie obojętny, a każdy z pozostałych dwóch posiada ładunek formalny . Jak dowodzą eksperymenty, trzy wiązania azot–tlen mają taką samą długość i energię wiązania, zatem atomy tlenu są nierozróżnialne. W związku z tym poprawnie byłoby zapisać jon azotanowy() w postaci struktur rezonansowych.
R1AmkYCTkfYMW
Ilustracja przedstawiająca struktury rezonansowe jonu . Pierwsza zbudowana jest z atomu azotu obdarzonego ładunkiem dodatnim, od którego odchodzi do góry wiązanie podwójne łączące go z atomem tlenu oraz dwa wiązania pojedyncze, skierowanie w po skosie w dół na prawo i na lewo łączące atom azotu z atomami tlenu obdarzonymi ładunkami ujemnymi. Strzała z dwoma grotami, jednym skierowanym w prawo, a drugim w lewo. Za strzałką znajduje się druga struktura rezonansowa zbudowana z atomu azotu obdarzonego ładunkiem dodatnim, który to łączy się za pomocą wiązania podwójnego skierowanego po skosie w dół na lewo z atomem tlenu oraz za pomocą dwóch wiązań pojedynczych, pierwszego skierowanego w dół po skosie na prawo, zaś drugiego do góry z dwoma atomami tlenu obdarzonymi ładunkami ujemnymi. Strzała z dwoma grotami, jednym skierowanym w prawo, a drugim w lewo. Za strzałką znajduje się trzecia struktura rezonansowa zbudowana z atomu azotu obdarzonego ładunkiem dodatnim, który to łączy się za pomocą wiązania podwójnego skierowanego po skosie w dół na prawo z atomem tlenu oraz za pomocą dwóch wiązań pojedynczych, pierwszego skierowanego w dół po skosie na lewo, zaś drugiego do góry z dwoma atomami tlenu obdarzonymi ładunkami ujemnymi.
Struktury rezonansowe jonu
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Krok
W rzeczywistości, prawdziwa struktura jest hybrydą wszystkich trzech form rezonansowych, ponieważ każda ze struktur posiada taką samą stabilność. W związku z tym wzór jonu zapisuje się, uwzględniając obecność elektronów zdelokalizowanych (przerywane kreski). Ostatecznie anion można zamknąć w kwadratowy nawias i w prawym górnym rogu napisać jego ładunek:
Rz2nDyX5Q6b5w
Ilustracja przedstawiająca wypadkową struktur rezonansowych anionu azotanowego(pięć), która to znajduje się w nawiasie kwadratowym, względem którego w indeksie górnym znajduje się znak minus. Struktura zbudowana jest z atomu azotu N połączonego z trzema atomami tlenu O za pomocą kresek pojedynczych i przerywanych, to znaczy wiązań pojedynczych i wiązań rozmytych.
Struktura anionu azotowego()
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Krok
Na koniec należy połączyć ze sobą kation i anion, otrzymując w ten sposób wzór strukturalny dla azotanu() amonu:
RwvImREPZVI1x
Ilustracja przedstawiająca strukturę azotanu(pięć) amonu zbudowanego z kationu amonowego z wiązaniem donorowo‑akceptorowym oraz anionu azotanowego(pięć). Struktura kationu znajduje się w nawiasie kwadratowym, względem którego w indeksie górnym znajduje się znak plus. W nawiasie narysowany jest atom azotu N połączony za pomocą wiązań pojedynczych z trzema atomami wodoru H. Od atomu azotu odchodzi strzałka w kierunku czwartego atomu wodoru H symbolizująca wiązanie donorowo‑akceptorowe. Obok w znajduje się wypadkowa struktur rezonansowych anionu azotanowego(pięć), która to znajduje się w nawiasie kwadratowym, względem którego w indeksie górnym znajduje się znak minus. Struktura zbudowana jest z atomu azotu N połączonego z trzema atomami tlenu O za pomocą kresek pojedynczych i przerywanych, to znaczy wiązań pojedynczych i wiązań rozmytych.
Wzór strukturalny dla azotanu() amonu
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Słownik
wartościowość
wartościowość
oznacza liczbę wiązań chemicznych, jaką dany jon lub pierwiastek może tworzyć z innymi pierwiastkami, wartościowość jest pojęciem stricte teoretycznym
stopień utlenienia
stopień utlenienia
liczba dodatnich lub ujemnych ładunków elementarnych, jakie można przypisać atomom pierwiastka danego związku chemicznego, gdyby wszystkie wiązania utworzone przez atom były jonowe
wzór strukturalny
wzór strukturalny
pozwala na określenie poszczególnych połączeń, składu jakościowego i ilościowego w danym związku chemicznym
sole
sole
są to związki chemiczne, będące produktami reakcji chemicznych kwasów z zasadami, na skutek których labilne atomy wodoru z kwasu (wszystkie lub ich część) zastąpione są atomami (lub grupami) o dodatnim ładunku
Bibliografia
Encyklopedia PWN
Atkins P., Jones L., Chemical Principles: The Quest for Insight, 5th Edition, New York 2009.