Kugelgitter: Struktur von Natriumchlorid; die Natriumionen sind grün, die Chloridionen blau dargestelltViele Salze sind bei Raumtemperatur Feststoffe mit relativ hohenSchmelzpunkten.Als FeststoffkristallisierenSalze in charakteristischenIonengittern,in denen die Ionen so angeordnet sind, dass die anziehenden und abstoßendenCoulomb-Kräftezwischen ihnen im Mittel ausgeglichen sind und eine minimalepotenzielle Energieresultiert.[3]Sofern Salze sich bei den dafür nötigen, charakteristischerweise sehr hohen Temperaturen nicht zersetzen, können sie auch alsSalzschmelzenin flüssiger Form vorliegen. Einen Sonderfall bildenionische Flüssigkeiten,derenSchmelztemperaturunter 100 °C liegt.
Etliche Salze sind recht hart und spröde und haben glatte Bruchkanten bei mechanischer Bearbeitung. Diese Eigenschaften sind recht typisch für Feststoffe, die durch einIonengitteraufgebaut sind und daherKristallebilden.[3]Aber nicht jeder kristalline Stoff ist ein Salz. So bildetZucker(Saccharose) auch Kristalle, hat aber kein Ionengitter und zählt nicht zu den Salzen.
Zahlreiche Salze sindlöslichinWasserund anderen polarenLösungsmitteln.Die Löslichkeit unterscheidet sich jedoch stark. Derin Wasser gelöste Anteilvon Salzendissoziiertbei der Lösung praktisch vollständig inhydratisierteIonen. Es handelt sich daher bei Salzen umstarke Elektrolyte,deren gelöste Ionen bewegliche Ladungsträger sind und Salzlösungen eine hoheelektrische Leitfähigkeitverleihen. Auch Salze, die in Wasser schwer löslich sind, können alsSalzschmelzenelektrisch leiten, weil die Ionen in Schmelzen beweglich sind.[1][2][4]Bei wasserlöslichen Salzen überwindet das Wasser dieGitterenergiedes Ionengitters durchHydratation.Ist dieHydrationsenergieähnlich groß oder größer als die Gitterenergie, ist das Salz mäßig oder gut löslich. In Lösungen sind die einzelnen Ionen von Wassermolekülen in mehreren Hydratationssphären ummantelt.[5]Als Reaktion wird dies in der Chemie oft so dargestellt: Das (s) weist auf einen Feststoff hin und (aq) markiert, dass das Ionhydratisiertvorliegt.
Das Lösen von Salzen in Wasser kann denpH-Wertder jeweiligen Lösung verändern. Beeinflusst das Salz den Wert nicht, spricht man vonneutralen Salzen.Zu den neutralen Salzen zählt auch das Natriumchlorid. Andere Salze heben oder senken den pH-Wert. Man spricht vonbasischenodersaurenSalzen.Wie ein bestimmtes Salz reagiert, lässt sich nur schwer aus der Zusammensetzung der Verbindung abschätzen. Grundsätzlich gilt jedoch:Anionen(Säurereste) starkerSäurenreagieren meist neutral.Säurerestevon schwachen Säuren reagieren meist basisch. Beispielhaft für Salze, von denen mehrprotonige Säuren bekannt sind, ist das Verhalten derPhosphate.Das Lösen von Salzen in wässrigen Lösungen von organischen Molekülen, wie z. B. von Biomolekülen, kann zurDenaturierungder Biomoleküle führen oder auch dieAusfällungder Makromoleküle bewirken. Diese Wirkung von Salzen wird durch die sogenannteHofmeister-Reihecharakterisiert.
Salze können nach verschiedenen Kriterien eingeteilt werden.
Eigenschaften
Löslichkeit in Wasser
Beeinflussung despH-Wertesnach erfolgter Lösung in Wasser(basische, saure und neutrale Salze).
Struktur
Je nachIonenradiusund Ionenladung kristallisieren Salze in verschiedenenGitterstrukturen.[3]Diese lassen sich bei schön gewachsenen Kristallen auch makroskopisch beobachten.
KristallwasserhaltigeSalze enthalten neben den Ionen in bestimmten Mengen auchWassermoleküle,das so genannte Kristallwasser. Es wird in der Verhältnisformel mit angegeben, wie hier im Beispiel vonNatriumsulfat-Dekahydrat:Na2SO4·10 H2O.
Doppelsalzesind Salze mit zwei verschiedenen Kationen oder Anionen, beispielsweise dieAlaunemit der allgemeinen Zusammensetzung MIMIII(SO4)2.Beispiel:Aluminiumkaliumsulfat-Dodecahydrat(KAl(SO4)2· 12 H2O).
Formelschreibweise
Als Formeln für Salze werdenVerhältnisformelnverwendet. Sie geben an, in welchem Verhältnis die Ionen im Salz enthalten sind. Die Verhältnisformel eines Salzes wird durch die Ladungszahl der Ionen bestimmt, da sich positive und negative Ladungen kompensieren müssen. Verhältnisformeln von Salzen stehen damit im klaren Gegensatz zu Formeln vonmolekularenVerbindungen wie Wasser (H2O) oderMethan(CH4), welche die Anzahl Atome im einzelnen Molekül angeben.
Beispiele
Natriumchloridist aus den Kationen Na+und Anionen Cl−aufgebaut. Das SalzCalciumchloridwird von Ca2+und Cl−gebildet. Die Formeln NaCl und CaCl2sind dieVerhältnisformelnder Verbindungen (Na:Cl=1:1, bzw. Ca:Cl=1:2).
Ammoniumcarbonatist aus den Kationen NH4+und Anionen CO32-aufgebaut. Die Ionen haben somit das Verhältnis NH4+:CO32-=2:1, die Verhältnisformel lautet (NH4+)2CO3.
Ionen können ein- oder mehrwertigsein, also eine oder mehrere positive bzw. negative Ladungen tragen. Man unterscheidet einatomige und mehratomige Ionen. Letztere können sowohl geladeneMoleküle(Molekülionen) als auch geladeneKomplexe(Komplexionen) sein.[3]In der folgenden Tabelle sind Beispiele einiger Ionen aufgeführt.
Die Struktur desSulfat-Anions (SO42−)Die Struktur des Hexacyanidoferrat(II)-Anions
AnorganischeSalze enthalten meistMetallatomeals Kationen. Es existieren jedoch auch anorganische Molekül-Kationen, beispielsweise dasAmmonium-Ion NH4+.Die einatomigen Anionen sind in der RegelNichtmetall-Atome. Molekülionen entstehen vorwiegend beiSäure-Base-Reaktionendurch Aufnahme oder Abgabe einesWasserstoff-Kations. Die anorganischen Komplexionen sind meist negativ geladen, also anionisch.
Aus anorganischen Ionen ist eine große Vielfalt an Salzen bekannt, unter anderem:
Oxidebilden einen großen Teil der Erdkruste. Das Sauerstoffatom im Oxidion hat die Oxidationszahl −2, die Formel lautet O2−.Oxide treten jedoch nur im festen oder geschmolzenen Zustand auf, in wässrigen Lösungen sind sie nicht bekannt. Ist ein Oxid wasserlöslich, so reagiert es sofort in einerHydrolyse,zum Beispiel: Natriumoxidreagiert mit Wasser unter Bildung vonHydroxid-IonenzuNatronlauge. Das nur schwer wasserlöslicheCalciumoxid(CaO), auchgebrannter Kalkgenannt, reagiert mit Wasser zugelöschtem Kalk(Ca(OH)2). Sehr viele Oxide reagieren jedoch nicht mit Wasser, beispielsweiseEisen(III)-oxid(Fe2O3).
Komplexsalzeenthalten Komplexionen. BeiKaliumhexacyanoferrat(II)(K4[Fe(CN)6]) bildet das Eisenion Fe2+zusammen mit sechsCyanid-Gruppen (CN−) gemeinsam ein stabiles Komplex-Anion mit vier negativen Ladungen. Im Salz liegen ionische Bindungen zwischen Kaliumionen und dem Hexacyanoferrat(II)-Anion vor. Analog bildet das Eisenion Fe3+Kaliumhexacyanoferrat(III)(K3[Fe(CN)6]) ebenfalls ein Komplexsalz. Bei K3[Fe(CN)6] bildet das Eisenion Fe3+zusammen mit sechsCyanid-Gruppen (CN−) gemeinsam ein stabiles Anion mit drei negativen Ladungen. Bekannte Komplexsalze sind auch dieChromate([CrO4]2−), zum BeispielKaliumchromat(K2[CrO4]), und diePermanganate([MnO4]−), zum Beispiel imKaliumpermanganat(K[MnO4]).
Organische Salze
Neben den oben beschriebenen anorganischen Salzen gibt es auch zahlreiche Salzeorganischer Verbindungen.Die Anionen dieser Salze stammen von denorganischen Säurenab. Wichtig sind hier die Salze derCarbonsäuren,wie beispielsweise dieEssigsäure,von der viele Salze, die so genanntenAcetate(CH3COO−) bekannt sind. So kann sich mit Na+das SalzNatriumacetatoder mit Cu2+dasKupferacetatbilden. Essigsäure ist eineMonocarbonsäure(hat nur eine -COOH-Gruppe) und bildet nur einwertige Anionen.Zitronensäureist eineTricarbonsäure(hat drei -COOH-Gruppen) und kann dreiwertige Anionen bilden; ihre Salze nennt manCitrate.Bekannt sind beispielsweise die SalzeNatriumcitratundCalciumcitrat.Viele Acetate und Citrate bilden Kristalle, was aber nicht der eigentliche Grund ist, sie Salze zu nennen. Der wirkliche und einzige Grund liegt am Vorhandensein von ionischen Bindungen zwischen Anionen und Kationen. Innerhalb der Ionen von organischen Verbindungen liegenkovalente Bindungenvor.
Praktische Bedeutung haben die Salze derCarbonsäuren,die zu denFettsäurenzählen. Die Natrium- oder Kaliumsalze der Fettsäuren nennt manSeifen.In Seifen liegen Stoffgemische verschiedener Fettsäuresalze vor. Praktische Verwendung finden sie alsKernseifebzw.Schmierseife.Als konkretes Beispiel bildet diePalmitinsäureSalze, welchePalmitategenannt werden. Salze, die auf so großen organischen Molekülen beruhen, sind in der Regel nicht kristallin.
Analog zu den anorganischen Sulfaten (SO42−) gibt es auch organischeSulfate(R-O-SO3−), wieNatriumlaurylsulfat,welche alsTensidein Shampoos und Duschgelen Verwendung finden. Auch vonAlkoholensind Salze, dieAlkoholate,bekannt. Alkohole sind äußerst schwache Säuren und werden daher fast nie so genannt. Unter aggressiven Reaktionsbedingungen lassen sich Verbindungen der Form R-O−M+(M = Metall) gewinnen. In Analogie zu vielen anorganischen Oxiden (MO) reagieren Alkoholate bei Kontakt mit Wasser unterHydrolyseund es bilden sich die entsprechenden Alkohole.
Unter den organischen Kationen haben die zumAmmonium-Kation (NH4+) analogen Verbindungen Bedeutung. Man nennt sie allgemeinquartäre Ammoniumverbindungen.Bei diesen Verbindungen trägt das Stickstoffatom in der Regel vierAlkylgruppen(R-) und eine positive Ladung. Die AlkylammoniumverbindungCetyltrimethylammoniumbromidzum Beispiel ist eine organische Ammoniumverbindung, bei der ein Bromatom als Anion vorliegt. Praktische Bedeutung haben Ammoniumverbindungen mit drei kurzen und einer langen Alkylgruppe, da diese Kationen in wässriger Lösung die Eigenschaft vonTensidenzeigen. Verbindungen dieser Art spielen auch eine wichtige Rolle im Stoffwechsel von Lebewesen, wie etwa dasCholin.
Prinzipiell kann jedes organischeAmindurch Aufnahme eines Protons (H+) zu einem Kation werden. Analog zu der Reaktion vonAmmoniak(NH3) zumAmmonium-Ion (NH4+) reagiert beispielsweise ein primäres Amin (R-NH2;R = organischer Rest) zum Kation R-NH3+.Da solche Verbindungen meistpolarerund daher leichter wasserlöslich sind als die ursprünglichen Stoffe, werden zum Beispiel stickstoffhaltigeArzneistoffe(Pharmawirkstoffe) durch Versetzen mitSalzsäurezu Salzen, den so genanntenHydrochloridenüberführt. Dies erleichtert ihre Aufnahme in den Körper. Hydrochloride lassen sich im Gegensatz zu den Aminen leichter durchUmkristallisationreinigen. Analog bilden Amine mit BromwasserstoffHydrobromideund mit FluorwasserstoffHydrofluoride.
Neben Molekülen, die eine positiveodernegative Ladung tragen, existieren auch Moleküle, die über eine negativeundpositive Ladung verfügen. Man nennt sieInnere Salzeoder auchZwitterionen.Die Stoffgruppe derBetainezählt zu den inneren Salzen, deren einfachste Verbindung dasBetainist.
DieAminosäurenverfügen über eineCarboxy-Gruppe(-COOH) und eineAmino-Gruppe(-NH2) und können so sauer und basisch reagieren. In einer innerenNeutralisationbilden sich eine anionische (-COO−) und eine kationische (-NH3+) Gruppe und damit ein Zwitterion. Die einfachsteAminosäureist das gut in Wasser löslicheGlycin.Zwitterionen zeigen im Gegensatz zu anderen in Wasser gelösten Ionen eine schlechte (keine) elektrische Leitfähigkeit. (Ampholyte)
Salze entstehen bei der Reaktion vonSäurenmitBasen(griechischbasis;Arrhenius: Basen sind die Basis für Salze). Dabei bildet dasOxonium-Ion der Säure mit demHydroxid-Ion der BaseWasser(Neutralisation). Einige Salze sind schwer löslich in Wasser und bilden direkt den Feststoff. In der Regel liegt das Salz in Lösung vor und kann durch Verdampfen des Wassers als Feststoff gewonnen werden.
Einige Salze lassen sich aus zwei anderen Salzen gewinnen. Mischt man wässrige Lösungen von zwei Salzen, kann sich ein drittes Salz als Feststoff bilden. Dies gelingt nur, wenn das dritte Salz im Gegensatz zu den anderen beiden schlechter löslich ist.
Salzlösung A + Salzlösung B → Salz C + Salzlösung D
Wie oben beschrieben tendieren viele Metalloxide dazu, mit Wasser Hydroxide zu bilden. Unter sauren Bedingungen reagieren auch Metalloxide, die in reinem Wasser „unlöslich “(= stabil) sind. Auf diesem Weg lassen sich viele Salze, wie etwa Kupfersulfat gewinnen.
Die Ionen in den oben beschriebenen Reaktionen werden nicht erst gebildet, sondern sie existieren bereits vor der Bildung eines neuen Salzes. Sind bei Reaktionen zur Bildung eines neuen Salzes keine oder nicht alle Ionen mit der nötigen Ladung vorhanden, findenRedoxreaktionenstatt. So lassen sich aus elementarenMetallenundNichtmetallenSalze gewinnen. Reaktionen dieser Art werden unterSalzbildungsreaktionnäher beschrieben.
Grenzen des BegriffsSalze
Stoffe sind nur Salze, wenn ionische Bindungen zwischen den Teilchen der Verbindung vorliegen. Ob dieser Bindungstyp vorliegt, lässt sich jedoch nicht leicht ableiten. Während beiCalciumoxid(CaO) ionische Bindungen wirken, liegen beiChrom(VI)-oxid(CrO3) nurkovalente Bindungenzwischen Chrom- und Sauerstoffatomen vor; es ist somit kein Salz. Daher ist es besser, in diesen Fällen statt von Salzen vonMetalloxidenzu sprechen.
Salze werden historisch bedingt in der Regel alschemische Verbindungenaufgefasst, da sie eine definierte Zusammensetzung aus verschiedenen chemischen Elementen haben. Es sind jedochMischkristalleaus zwei Salzen bekannt, die nichtstöchiometrischzusammengesetzt sind: So bildetKaliumpermanganat(K[MnO4]) mitBariumsulfat(Ba[SO4]) in fast beliebigen Mengenverhältnissen Mischkristalle (wenn auch nur bis zu einem bestimmten Maximum an Bariumsulfat), da die Komponenten ähnliche Kristallstrukturen und Gitterabstände aufweisen. Eine chemische Ähnlichkeit der beteiligten Verbindungen oder eine gleiche Wertigkeit ist für die Bildung von Mischkristallen nicht nötig.
