Décomposition des sels acides. Fondations
Propriétés chimiques des sels
Les sels doivent être considérés comme un produit de l'interaction d'un acide et d'une base. En conséquence, ils peuvent former:
- normal (moyen) - se forment lorsque la quantité d'acide et de base est suffisante pour une interaction complète. Noms des sels normaux et se composent de deux parties. D'abord, l'anion (résidu acide) est appelé, puis le cation.
- aigre - se forment avec un excès d'acide et une quantité insuffisante d'alcali, car dans ce cas il n'y a pas assez de cations métalliques pour remplacer tous les cations hydrogène présents dans la molécule d'acide. Dans le cadre des résidus acides de ce type de sel, vous verrez toujours de l'hydrogène. Les sels acides ne sont formés que par des acides polybasiques et présentent les propriétés à la fois des sels et des acides. Aux noms des sels acides un préfixe est mis hydro-à l'anion.
- sels basiques - sont formés avec un excès de base et une quantité insuffisante d'acide, car dans ce cas les anions des résidus acides ne suffisent pas à remplacer complètement les groupements hydroxo présents dans la base. les sels basiques dans la composition des cations contiennent des groupes hydroxo. Les sels basiques sont possibles pour les bases polyacides, mais pas pour les monoacides. Certains sels basiques sont capables de se décomposer par eux-mêmes, tout en libérant de l'eau, formant des oxosels, qui ont les propriétés des sels basiques. Nom des sels basiques est construit comme suit : le préfixe est ajouté à l'anion hydroxo-.
Réactions typiques des sels normaux
- Ils réagissent bien avec les métaux. Dans le même temps, les métaux plus actifs déplacent les moins actifs des solutions de leurs sels.
- Avec les acides, les alcalis et autres sels, les réactions vont jusqu'à leur terme, à condition qu'un précipité, un gaz ou des composés mal dissociés se forment.
- Dans les réactions de sels avec des alcalis, des substances telles que l'hydroxyde de nickel (II) Ni (OH) 2 se forment - un précipité; ammoniac NH 3 - gaz; l'eau H 2 O est un électrolyte faible, un composé à faible dissociation :
- Les sels réagissent les uns avec les autres si un précipité se forme ou si un composé plus stable se forme.
- De nombreux sels normaux se décomposent lorsqu'ils sont chauffés pour former deux oxydes, acide et basique.
- Les nitrates se décomposent différemment des autres sels normaux. Lorsqu'ils sont chauffés, les nitrates de métaux alcalins et alcalino-terreux libèrent de l'oxygène et se transforment en nitrites :
- Les nitrates de presque tous les autres métaux se décomposent en oxydes :
- Les nitrates de certains métaux lourds (argent, mercure, etc.) se décomposent lorsqu'ils sont chauffés en métaux :
Réactions typiques des sels acides
- Ils entrent dans toutes ces réactions dans lesquelles les acides entrent. Ils réagissent avec les alcalis, si le sel acide et l'alcali contiennent le même métal, un sel normal se forme en conséquence.
- Si l'alcali contient un autre métal, des sels doubles se forment.
Réactions typiques des sels basiques
- Ces sels subissent les mêmes réactions que les bases. Ils réagissent avec les acides, si le sel basique et l'acide contiennent le même résidu acide, un sel normal se forme en conséquence.
- Si l'acide contient un autre résidu acide, des sels doubles se forment.
Sels complexes- un composé, dans les noeuds du réseau cristallin qui contient des ions complexes.
1. Les sels sont des électrolytes.
Dans les solutions aqueuses, les sels se dissocient en ions métalliques chargés positivement (cations) et en ions chargés négativement (anions) des résidus acides.
par exemple, lorsque des cristaux de chlorure de sodium sont dissous dans de l'eau, des ions sodium chargés positivement et des ions chlorure chargés négativement, à partir desquels se forme le réseau cristallin de cette substance, entrent en solution:
NaCl → NaCl - .
Lors de la dissociation électrolytique du sulfate d'aluminium, des ions aluminium chargés positivement et des ions sulfate chargés négativement se forment :
Al 2 SO 4 3 → 2 Al 3 3 SO 4 2 - .
2. Les sels peuvent interagir avec les métaux.
Au cours d'une réaction de substitution se produisant dans une solution aqueuse, un métal chimiquement plus actif en déplace un moins actif.
par exemple, si un morceau de fer est placé dans une solution de sulfate de cuivre, il est recouvert d'un précipité rouge-brun de cuivre. La solution change progressivement de couleur du bleu au vert pâle au fur et à mesure de la formation d'un sel de fer (\ (II \)) :
Fe Cu SO 4 → Fe SO 4 Cu ↓ .
Clip vidéo:
Lorsque le chlorure de cuivre (\ (II \)) réagit avec l'aluminium, il se forme du chlorure d'aluminium et du cuivre :
2 Al 3 Cu Cl 2 → 2 Al Cl 3 3 Cu ↓ .
3. Les sels peuvent interagir avec les acides.
Une réaction d'échange se produit, au cours de laquelle un acide chimiquement plus actif en déplace un moins actif.
par exemple, lorsqu'une solution de chlorure de baryum réagit avec de l'acide sulfurique, un précipité de sulfate de baryum se forme et de l'acide chlorhydrique reste dans la solution :
BaCl 2 H 2 SO 4 → Ba SO 4 ↓ 2 HCl.
Lorsque le carbonate de calcium réagit avec l'acide chlorhydrique, il se forme du chlorure de calcium et de l'acide carbonique, qui se décompose immédiatement en dioxyde de carbone et en eau :
CaCO 3 2 HCl → CaCl 2 H 2 O CO 2 H 2 CO 3 .
Clip vidéo:
4. Les sels solubles dans l'eau peuvent interagir avec les alcalis.
Une réaction d'échange est possible si, de ce fait, au moins un des produits est pratiquement insoluble (précipite).
par exemple, lorsque le nitrate de nickel (\ (II \)) réagit avec l'hydroxyde de sodium, il se forme du nitrate de sodium et de l'hydroxyde de nickel pratiquement insoluble (\ (II \)) :
NiNO3 2 2 NaOH → NiOH2 ↓ 2NaNO3.
Clip vidéo:
Lorsque le carbonate de sodium (soude) réagit avec l'hydroxyde de calcium (chaux éteinte), il se forme de l'hydroxyde de sodium et du carbonate de calcium pratiquement insoluble :
Na 2 CO 3 CaOH 2 → 2NaOH CaCO 3 ↓.
5. Les sels solubles dans l'eau peuvent entrer dans une réaction d'échange avec d'autres sels solubles dans l'eau s'il en résulte au moins une substance pratiquement insoluble.
par exemple, lorsque le sulfure de sodium réagit avec le nitrate d'argent, il se forme du nitrate de sodium et du sulfure d'argent pratiquement insoluble :
Na2S 2AgNO3 → NaNO3Ag2S ↓.
Clip vidéo:
Lorsque le nitrate de baryum réagit avec le sulfate de potassium, il se forme du nitrate de potassium et du sulfate de baryum pratiquement insoluble :
BaNO 3 2 K 2 SO 4 → 2 KNO 3 BaSO 4 ↓ .
6. Certains sels se décomposent lorsqu'ils sont chauffés.
De plus, les réactions chimiques qui se produisent dans ce cas peuvent être divisées en deux groupes :
- réactions dans lesquelles les éléments ne changent pas d'état d'oxydation
- Réactions redox.
UN. Réactions de décomposition du sel qui se produisent sans modifier l'état d'oxydation des éléments.
Comme exemples de tels réactions chimiques Considérons comment se déroule la décomposition des carbonates.
Lorsqu'il est fortement chauffé, le carbonate de calcium (craie, calcaire, marbre) se décompose en formant de l'oxyde de calcium (chaux vive) et du dioxyde de carbone :
CaCO 3 t ° CaO CO 2 .
Clip vidéo:
Bicarbonate de sodium ( bicarbonate de soude) avec un léger chauffage se décompose en carbonate de sodium (soude), eau et dioxyde de carbone :
2 NaHCO 3 t ° Na 2 CO 3 H 2 O CO 2 .
Clip vidéo:
Les hydrates cristallins de sels perdent de l'eau lorsqu'ils sont chauffés. Par exemple, le sulfate de cuivre pentahydraté (\ (II \)) (sulfate de cuivre), perdant progressivement de l'eau, se transforme en sulfate de cuivre anhydre (\ (II \)):
CuSO 4 ⋅ 5 H 2 O → t ° CuSO 4 5 H 2 O.
Dans des conditions normales, le sulfate de cuivre anhydre formé peut être transformé en un hydrate cristallin :
CuSO 4 5 H 2 O → CuSO 4 ⋅ 5 H 2 O
Clip vidéo:
Destruction et formation de sulfate de cuivre |
Chaque jour, nous rencontrons des sels et ne pensons même pas au rôle qu'ils jouent dans nos vies. Mais sans eux, l'eau ne serait pas si savoureuse, et la nourriture n'apporterait pas de plaisir, et les plantes ne pousseraient pas, et la vie sur terre ne pourrait pas exister s'il n'y avait pas de sel dans notre monde. Quelles sont donc ces substances et quelles propriétés des sels les rendent indispensables ?
Que sont les sels
Dans sa composition, c'est la classe la plus nombreuse, caractérisée par la diversité. Au XIXe siècle, le chimiste J. Verzelius définissait le sel comme le produit d'une réaction entre un acide et une base, dans laquelle l'atome d'hydrogène est remplacé par un atome de métal. Dans l'eau, les sels se dissocient généralement en un métal ou un ammonium (cation) et un résidu acide (anion).
Vous pouvez obtenir du sel des manières suivantes :
- par l'interaction du métal et du non-métal, dans ce cas il sera sans oxygène ;
- lorsqu'un métal réagit avec un acide, un sel est obtenu et de l'hydrogène est libéré ;
- un métal peut déplacer un autre métal de la solution ;
- lorsque deux oxydes interagissent - acide et basique (ils sont également appelés oxyde non métallique et oxyde métallique, respectivement);
- la réaction de l'oxyde métallique et de l'acide produit du sel et de l'eau ;
- la réaction entre une base et un oxyde non métallique produit également du sel et de l'eau ;
- en utilisant une réaction d'échange d'ions, diverses substances solubles dans l'eau (bases, acides, sels) peuvent réagir, mais la réaction se déroulera si un gaz, de l'eau ou des sels légèrement solubles (insolubles) dans l'eau se forment.
Les propriétés des sels ne dépendent que de la composition chimique. Mais d'abord, regardons leurs classes.
Classification
Selon la composition, on distingue les classes de sels suivantes :
- par la teneur en oxygène (contenant de l'oxygène et anoxique);
- par interaction avec l'eau (soluble, légèrement soluble et insoluble).
Cette classification ne reflète pas entièrement la diversité des substances. La classification moderne et la plus complète, reflétant non seulement la composition, mais également les propriétés des sels, est présentée dans le tableau suivant.
| sel | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| Normal | Aigre | Principale | Double | mixte | Complexe |
| L'hydrogène est complètement remplacé | Les atomes d'hydrogène ne sont pas complètement remplacés par du métal | Les groupes de base ne sont pas complètement remplacés par un résidu acide | Composé de deux métaux et d'un résidu acide | Un métal et deux résidus acides | Substances composées constituées d'un cation complexe et d'un anion ou d'un cation et d'un anion complexe |
| NaCl | KHSO 4 | FeOHSO3 | KNaSO 4 | CaClBr | SO 4 |
Propriétés physiques
Quelle que soit l'étendue de la classe de ces substances, mais commune propriétés physiques les sels peuvent être isolés. Ce sont des substances de structure non moléculaire, avec un réseau cristallin ionique.
Points de fusion et d'ébullition très élevés. Dans des conditions normales, tous les sels ne conduisent pas l'électricité, mais en solution, la plupart d'entre eux conduisent parfaitement l'électricité.
La couleur peut être très différente, cela dépend de l'ion métallique qui en fait partie. Le sulfate ferreux (FeSO 4) est vert, le chlorure ferreux (FeCl 3) est rouge foncé et le chromate de potassium (K 2 CrO 4) est d'un beau jaune vif. Mais la plupart des sels sont encore incolores ou blancs.
La solubilité dans l'eau varie également et dépend de la composition des ions. En principe, toutes les propriétés physiques des sels ont une singularité. Ils dépendent de l'ion métallique et du résidu acide inclus dans la composition. Continuons avec les sels.
Propriétés chimiques des sels
Ici aussi, il y a une caractéristique importante. Comme les propriétés physiques, chimiques des sels dépendent de leur composition. Et aussi à quelle classe ils appartiennent.
Mais les propriétés générales les sels peuvent encore être distingués :
- beaucoup d'entre eux se décomposent lorsqu'ils sont chauffés avec formation de deux oxydes: acide et basique, et sans oxygène - métal et non métal;
- les sels interagissent également avec d'autres acides, mais la réaction ne se déroule que si le sel contient un résidu acide d'un acide faible ou volatil, ou si un sel insoluble est obtenu en conséquence;
- l'interaction avec l'alcali est possible si le cation forme une base insoluble;
- une réaction est également possible entre deux sels différents, mais seulement si l'un des sels nouvellement formés ne se dissout pas dans l'eau ;
- une réaction avec un métal peut également se produire, mais elle n'est possible que si l'on sépare le métal situé à droite dans la série de tension du métal contenu dans le sel.
Propriétés chimiques les sels liés à la normale sont discutés ci-dessus, tandis que d'autres classes réagissent avec des substances quelque peu différemment. Mais la différence n'est que dans les produits de sortie. Fondamentalement, toutes les propriétés chimiques des sels sont préservées, de même que les exigences pour le déroulement des réactions.
sels on appelle les substances complexes dont les molécules sont constituées d'atomes métalliques et de résidus acides (parfois elles peuvent contenir de l'hydrogène). Par exemple, NaCl est le chlorure de sodium, CaSO 4 est le sulfate de calcium, etc.
Pratiquement Tous les sels sont des composés ioniques par conséquent, dans les sels, les ions de résidus acides et les ions métalliques sont interconnectés :
Na + Cl - - chlorure de sodium
Ca 2+ SO 4 2– - sulfate de calcium, etc.
Le sel est un produit de remplacement partiel ou complet d'atomes d'hydrogène acide par un métal. Par conséquent, les types de sels suivants sont distingués:
1. Sels moyens- tous les atomes d'hydrogène de l'acide sont remplacés par un métal : Na 2 CO 3, KNO 3, etc.
2. Sels acides- tous les atomes d'hydrogène de l'acide ne sont pas remplacés par un métal. Bien entendu, les sels acides ne peuvent former que des acides dibasiques ou polybasiques. Les acides monobasiques ne peuvent pas donner de sels acides : NaHCO 3, NaH 2 PO 4, etc. ré.
3. Doubles sels- les atomes d'hydrogène d'un acide dibasique ou polybasique sont remplacés non pas par un métal, mais par deux métaux différents : NaKCO 3, KAl(SO 4) 2, etc.
4. Sels basiques peuvent être considérés comme des produits de substitution incomplète ou partielle des groupements hydroxyles des bases par des résidus acides : Al(OH)SO 4 , Zn(OH)Cl, etc.
Selon la nomenclature internationale, le nom du sel de chaque acide provient du nom latin de l'élément. Par exemple, les sels d'acide sulfurique sont appelés sulfates : CaSO 4 - sulfate de calcium, Mg SO 4 - sulfate de magnésium, etc.; les sels d'acide chlorhydrique sont appelés chlorures: NaCl - chlorure de sodium, ZnCI 2 - chlorure de zinc, etc.
La particule « bi » ou « hydro » est ajoutée au nom des sels d'acides dibasiques : Mg(HCl 3 ) 2 - bicarbonate ou bicarbonate de magnésium.
À condition que dans un acide tribasique, un seul atome d'hydrogène soit remplacé par un métal, le préfixe "dihydro" est ajouté: NaH 2 PO 4 - phosphate monosodique.
Les sels sont des substances solides qui ont une large gamme de solubilité dans l'eau.
Propriétés chimiques des sels
Les propriétés chimiques des sels sont déterminées par les propriétés des cations et des anions qui font partie de leur composition.
1. Quelques les sels se décomposent lorsqu'ils sont calcinés :
CaCO 3 \u003d CaO + CO 2
2. Réagir avec les acides former un nouveau sel et un nouvel acide. Pour que cette réaction se produise, il faut que l'acide soit plus fort que le sel sur lequel l'acide agit :
2NaCl + H2S04 → Na2S04 + 2HCl.
3. Interagir avec les bases, formant un nouveau sel et une nouvelle base :
Ba(OH) 2 + MgSO 4 → BaSO 4 ↓ + Mg(OH) 2 .
4. Interagir les uns avec les autres avec formation de nouveaux sels :
NaCl + AgNO 3 → AgCl + NaNO 3 .
5. Interagissez avec les métaux, qui sont dans la gamme d'activité du métal qui fait partie du sel :
Fe + CuSO 4 → FeSO 4 + Cu↓.
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SEL, une classe de composés chimiques. Il n'existe actuellement pas de définition généralement admise du concept de "sels", ainsi que des termes "acides et bases", produits de l'interaction dont sont les sels. Les sels peuvent être considérés comme des produits de substitution des protons d'hydrogène acide pour les ions métalliques, NH 4 + , CH 3 NH 3 + et d'autres cations ou groupes OH de la base pour les anions acides (par exemple, Cl - , SO 4 2-).
Classification
Les produits de substitution complète sont par exemple les sels moyens. Na 2 SO 4 , MgCl 2 , sels partiellement acides ou basiques, par exemple KHSO 4 , СuСlOH. Il existe également des sels simples, comprenant un type de cations et un type d'anions (par exemple, NaCl), des sels doubles contenant deux types de cations (par exemple, KAl (SO 4) 2 12H 2 O), des sels mixtes, qui comprennent deux types de résidus acides ( p. ex. AgClBr). Les sels complexes contiennent des ions complexes tels que K 4 .
Propriétés physiques
Les sels typiques sont des substances cristallines à structure ionique, telles que CsF. Il existe également des sels covalents, tels que AlCl 3 . En fait, la nature de la liaison chimique v de nombreux sels est mixte.
Par solubilité dans l'eau, on distingue les sels solubles, légèrement solubles et pratiquement insolubles. Les solubles comprennent presque tous les sels de sodium, de potassium et d'ammonium, de nombreux nitrates, acétates et chlorures, à l'exception des sels de métaux polyvalents qui s'hydrolysent dans l'eau, de nombreux sels acides.
Solubilité des sels dans l'eau à température ambiante
| anions | ||||||||||
| F- | Cl- | br- | JE- | S2- | N ° 3 - | CO 3 2- | SiO 3 2- | SO 4 2- | PO 4 3- | |
| Na+ | R | R | R | R | R | R | R | R | R | R |
| K+ | R | R | R | R | R | R | R | R | R | R |
| NH4+ | R | R | R | R | R | R | R | R | R | R |
| Mg2+ | RK | R | R | R | M | R | H | RK | R | RK |
| Ca2+ | NK | R | R | R | M | R | H | RK | M | RK |
| Sr2+ | NK | R | R | R | R | R | H | RK | RK | RK |
| Ba 2+ | RK | R | R | R | R | R | H | RK | NK | RK |
| sn 2+ | R | R | R | M | RK | R | H | H | R | H |
| Pb 2+ | H | M | M | M | RK | R | H | H | H | H |
| Al 3+ | M | R | R | R | g | R | g | NK | R | RK |
| Cr3+ | R | R | R | R | g | R | g | H | R | RK |
| Mn2+ | R | R | R | R | H | R | H | H | R | H |
| Fe2+ | M | R | R | R | H | R | H | H | R | H |
| Fe3+ | R | R | R | - | - | R | g | H | R | RK |
| Co2+ | M | R | R | R | H | R | H | H | R | H |
| Ni2+ | M | R | R | R | RK | R | H | H | R | H |
| Cu2+ | M | R | R | - | H | R | g | H | R | H |
| Zn2+ | M | R | R | R | RK | R | H | H | R | H |
| CD 2+ | R | R | R | R | RK | R | H | H | R | H |
| Hg2+ | R | R | M | NK | NK | R | H | H | R | H |
| Hg 2 2+ | R | NK | NK | NK | RK | R | H | H | M | H |
| Ag+ | R | NK | NK | NK | NK | R | H | H | M | H |
Légende:
P - la substance est très soluble dans l'eau; M - légèrement soluble ; H - pratiquement insoluble dans l'eau, mais facilement soluble dans les acides faibles ou dilués; RK - insoluble dans l'eau et soluble uniquement dans les acides inorganiques forts ; NK - insoluble ni dans l'eau ni dans les acides ; G - s'hydrolyse complètement lors de la dissolution et n'existe pas au contact de l'eau. Un tiret signifie qu'une telle substance n'existe pas du tout.
Dans les solutions aqueuses, les sels se dissocient complètement ou partiellement en ions. Les sels d'acides faibles et/ou de bases faibles subissent une hydrolyse. Les solutions salines aqueuses contiennent des ions hydratés, des paires d'ions et des formes chimiques plus complexes, y compris des produits d'hydrolyse, etc. Un certain nombre de sels sont également solubles dans les alcools, l'acétone, les amides d'acide et d'autres solvants organiques.
A partir de solutions aqueuses, les sels peuvent cristalliser sous forme d'hydrates cristallins, à partir de solutions non aqueuses - sous forme de solvates cristallins, par exemple CaBr 2 3C 2 H 5 OH.
Des données sur divers processus se produisant dans les systèmes eau-sel, sur la solubilité des sels en leur présence conjointe en fonction de la température, de la pression et de la concentration, sur la composition des phases solides et liquides peuvent être obtenues en étudiant les diagrammes de solubilité des systèmes eau-sel.
Méthodes générales de synthèse des sels.
1. Obtention des sels moyens :
1) métal avec non-métal : 2Na + Cl 2 = 2NaCl
2) métal avec acide : Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2
3) métal avec une solution saline d'un métal moins actif Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu
4) oxyde basique avec oxyde acide : MgO + CO 2 = MgCO 3
5) oxyde basique avec acide CuO + H 2 SO 4 \u003d CuSO 4 + H 2 O
6) bases avec oxyde acide Ba (OH) 2 + CO 2 = BaCO 3 + H 2 O
7) bases avec acide: Ca (OH) 2 + 2HCl \u003d CaCl 2 + 2H 2 O
8) sels acides : MgCO 3 + 2HCl = MgCl 2 + H 2 O + CO 2
BaCl 2 + H 2 SO 4 \u003d BaSO 4 + 2HCl
9) une solution basique avec une solution saline: Ba (OH) 2 + Na 2 SO 4 \u003d 2NaOH + BaSO 4
10) solutions de deux sels 3CaCl 2 + 2Na 3 PO 4 = Ca 3 (PO 4) 2 + 6NaCl
2. Obtention des sels acides :
1. Interaction d'un acide avec un manque de base. KOH + H 2 SO 4 \u003d KHSO 4 + H 2 O
2. Interaction d'une base avec un excès d'oxyde d'acide
Ca(OH) 2 + 2CO 2 = Ca(HCO 3) 2
3. Interaction d'un sel moyen avec l'acide Ca 3 (PO 4) 2 + 4H 3 PO 4 \u003d 3Ca (H 2 PO 4) 2
3. Obtention des sels basiques :
1. Hydrolyse des sels formés par une base faible et un acide fort
ZnCl 2 + H 2 O \u003d Cl + HCl
2. Addition (goutte à goutte) de petites quantités d'alcalis à des solutions de sels métalliques moyens AlCl 3 + 2NaOH = Cl + 2NaCl
3. Interaction des sels d'acides faibles avec des sels moyens
2MgCl 2 + 2Na 2 CO 3 + H 2 O \u003d 2 CO 3 + CO 2 + 4NaCl
4. Obtention de sels complexes :
1. Réactions de sels avec des ligands : AgCl + 2NH 3 = Cl
FeCl 3 + 6KCN] = K 3 + 3KCl
5. Obtenir des sels doubles :
1. Cristallisation conjointe de deux sels :
Cr 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 + 24H 2 O \u003d 2 + NaCl
4. Réactions redox dues aux propriétés du cation ou de l'anion. 2KMnO 4 + 16HCl = 2MnCl 2 + 2KCl + 5Cl 2 + 8H 2 O
2. Propriétés chimiques des sels acides :
Décomposition thermique en sel moyen
Ca (HCO 3) 2 \u003d CaCO 3 + CO 2 + H 2 O
Interaction avec l'alcali. Obtention de sel moyen.
Ba(HCO 3) 2 + Ba(OH) 2 = 2BaCO 3 + 2H 2 O
3. Propriétés chimiques des sels basiques :
Décomposition thermique. 2 CO 3 \u003d 2CuO + CO 2 + H 2 O
Interaction avec l'acide : formation d'un sel moyen.
Sn(OH)Cl + HCl = SnCl 2 + H 2 O
4. Propriétés chimiques des sels complexes :
1. Destruction de complexes due à la formation de composés peu solubles :
2Cl + K 2 S \u003d CuS + 2KCl + 4NH 3
2. Échange de ligands entre les sphères externe et interne.
K 2 + 6H 2 O \u003d Cl 2 + 2KCl
5. Propriétés chimiques des sels doubles :
Interaction avec les solutions alcalines : KCr(SO 4) 2 + 3KOH = Cr(OH) 3 + 2K 2 SO 4
2. Récupération : KCr (SO 4) 2 + 2H ° (Zn, H 2 SO 4 dilué) \u003d 2CrSO 4 + H 2 SO 4 + K 2 SO 4
Les matières premières pour la production industrielle d'un certain nombre de sels de chlorure, de sulfates, de carbonates, de borates de Na, K, Ca, Mg sont l'eau de mer et d'océan, les saumures naturelles formées lors de son évaporation et les dépôts solides de sels. Pour un groupe de minéraux qui forment des gisements de sels sédimentaires (sulfates et chlorures de Na, K et Mg), le nom de code «sels naturels» est utilisé. Les plus grands gisements de sels de potassium sont situés en Russie (Solikamsk), au Canada et en Allemagne, de puissants gisements de minerais de phosphate - en Afrique du Nord, en Russie et au Kazakhstan, NaNO3 - au Chili.
Les sels sont utilisés dans les industries alimentaires, chimiques, métallurgiques, du verre, du cuir, du textile, de l'agriculture, de la médecine, etc.
Les principaux types de sels
1. Borates(oxoborates), sels d'acides boriques : HBO 2 métaborique, H 3 BO 3 orthoborique et acides polyboriques non isolés à l'état libre. Selon le nombre d'atomes de bore dans la molécule, ils sont divisés en mono-, di, tétra-, hexaborates, etc. Les borates sont aussi appelés selon les acides qui les forment et selon le nombre de moles de B 2 O 3 pour 1 mole d'oxyde basique. Ainsi, divers métaborates peuvent être appelés monoborates s'ils contiennent un anion B (OH) 4 ou un anion à chaîne (BO 2) n n-diborates - s'ils contiennent un anion à double chaîne (B 2 O 3 (OH) 2) n 2n- triborates - s'ils contiennent un anion cyclique (B 3 O 6) 3-.
Les structures des borates comprennent des groupes bore-oxygène - des «blocs» contenant de 1 à 6, et parfois 9 atomes de bore, par exemple:
Le nombre de coordination des atomes de bore est 3 (groupes triangulaires bore-oxygène) ou 4 (groupes tétraédriques). Les groupes bore-oxygène sont à la base non seulement des structures insulaires, mais également des structures plus complexes - chaînes, couches et cadres polymérisés. Ces derniers se forment à la suite de l'élimination de l'eau dans les molécules de borates hydratés et de l'apparition de liaisons pontantes par l'intermédiaire d'atomes d'oxygène ; le processus s'accompagne parfois de la rupture de la liaison B-O au sein des polyanions. Les polyanions peuvent attacher des groupes latéraux - tétraèdres ou triangles bore-oxygène, leurs dimères ou anions étrangers.
L'ammonium, l'alcali, ainsi que d'autres métaux à l'état d'oxydation +1 forment le plus souvent des métaborates hydratés et anhydres du type MBO 2, des tétraborates M 2 B 4 O 7, des pentaborates MB 5 O 8 et également M 4 B 10 O 17 nH 2 décaborates O. Les alcalino-terreux et les autres métaux à l'état d'oxydation + 2 donnent généralement des métaborates hydratés, des triborates M 2 B 6 O 11 et des hexaborates MB 6 O 10 . ainsi que les méta-, ortho- et tétraborates anhydres. Les métaux à l'état d'oxydation + 3 sont caractérisés par des orthoborates MBO 3 hydratés et anhydres.
Les borates sont des substances ou des cristaux amorphes incolores (principalement avec une structure à faible symétrie - monoclinique ou rhombique). Pour les borates anhydres, les points de fusion sont compris entre 500 et 2000 °C ; les métaborates à point de fusion le plus élevé sont les alcalins et les ortho- et métaborates de métaux alcalino-terreux. La plupart des borates forment facilement des verres lorsque leurs masses fondues sont refroidies. La dureté des borates hydratés sur l'échelle de Mohs est de 2 à 5, anhydre - jusqu'à 9.
Les monoborates hydratés perdent de l'eau de cristallisation jusqu'à ~180°C, les polyborates - à 300-500°C ; l'élimination de l'eau due aux groupes OH coordonnés autour des atomes de bore se produit jusqu'à ~750°С. Avec une déshydratation complète, des substances amorphes se forment qui, à 500-800 ° C, subissent dans la plupart des cas un «réarrangement borate» - cristallisation, accompagnée (pour les polyborates) d'une décomposition partielle avec libération de B 2 O 3.
Les borates de métaux alcalins, d'ammonium et de T1(I) sont solubles dans l'eau (en particulier les méta- et pentaborates), s'hydrolysent en solutions aqueuses (les solutions ont une réaction alcaline). La plupart des borates sont facilement décomposés par les acides, dans certains cas par l'action du CO 2 ; et SO2;. Les borates d'alcalino-terreux et de métaux lourds interagissent avec des solutions d'alcalis, de carbonates et de bicarbonates de métaux alcalins. Les borates anhydres sont chimiquement plus stables que les hydratés. Avec certains alcools, notamment avec le glycérol, les borates forment des complexes hydrosolubles. Sous l'action d'agents oxydants forts, notamment H 2 O 2 , ou lors d'une oxydation électrochimique, les borates sont transformés en peroxoborates.
Environ 100 borates naturels sont connus, qui sont principalement des sels de Na, Mg, Ca, Fe.
Les borates hydratés sont obtenus par : neutralisation de H 3 BO 3 avec des oxydes, hydroxydes ou carbonates métalliques ; réactions d'échange de borates de métaux alcalins, le plus souvent de Na, avec des sels d'autres métaux ; la réaction de transformation mutuelle de borates peu solubles avec des solutions aqueuses de borates de métaux alcalins ; les procédés hydrothermaux utilisant des halogénures de métaux alcalins comme additifs de minéralisation. Les borates anhydres sont obtenus par fusion ou frittage de B 2 O 3 avec des oxydes ou carbonates métalliques ou par déshydratation d'hydrates ; les monocristaux sont cultivés dans des solutions de borates dans des oxydes fondus, par exemple Bi 2 O 3 .
Les borates sont utilisés : pour obtenir d'autres composés du bore ; en tant que composants de la charge dans la production de verres, émaux, émaux, céramiques; pour les revêtements et imprégnations ignifuges ; en tant que composants de fondants pour l'affinage, le soudage et le brasage du métal » ; comme pigments et charges de peintures et vernis; comme mordants dans la teinture, inhibiteurs de corrosion, composants d'électrolytes, luminophores, etc. Le borax et les borates de calcium sont les plus largement utilisés.
2. Halogénures, composés chimiques d'halogènes avec d'autres éléments. Les halogénures comprennent généralement des composés dans lesquels les atomes d'halogène ont une électronégativité supérieure à celle d'un autre élément. Les halogénures ne forment pas He, Ne et Ar. Les halogénures simples ou binaires EXn (n est le plus souvent un nombre entier de 1 pour les monohalogénures à 7 pour IF 7, et ReF 7, mais peut aussi être fractionnaire, par exemple 7/6 pour Bi 6 Cl 7) comprennent notamment , des sels d'acides halohydriques et des composés interhalogénés (par exemple, halofluorures). Il existe également des halogénures mixtes, des polyhalogénures, des hydrohalogénures, des oxohalogénures, des oxyhalogénures, des hydroxohalogénures, des thiohalogénures et des halogénures complexes. L'état d'oxydation des halogènes dans les halogénures est généralement -1.
Selon la nature de la liaison élément-halogène, les halogénures simples sont divisés en ioniques et covalents. En réalité, les relations sont de nature mixte avec la prédominance de l'apport de l'une ou l'autre composante. Les halogénures de métaux alcalins et alcalino-terreux, ainsi que de nombreux mono- et dihalogénures d'autres métaux, sont des sels typiques dans lesquels la nature ionique de la liaison prévaut. La plupart d'entre eux sont relativement réfractaires, peu volatils, très solubles dans l'eau ; dans les solutions aqueuses, ils se dissocient presque complètement en ions. Les propriétés des sels sont également possédées par les trihalogénures d'éléments de terres rares. La solubilité dans l'eau des halogénures ioniques diminue généralement des iodures aux fluorures. Les chlorures, bromures et iodures Ag + , Сu + , Hg + et Pb 2+ sont peu solubles dans l'eau.
Une augmentation du nombre d'atomes d'halogène dans les halogénures métalliques ou du rapport de la charge du métal au rayon de son ion entraîne une augmentation de la composante covalente de la liaison, une diminution de la solubilité dans l'eau et de la stabilité thermique des halogénures, une augmentation de volatilité, augmentation de l'oxydation, capacité et tendance à l'hydrolyse. Ces dépendances sont observées pour les halogénures métalliques de même période et dans la série des halogénures d'un même métal. Elles sont faciles à tracer sur l'exemple des propriétés thermiques. Par exemple, pour les halogénures métalliques de la 4ème période, les points de fusion et d'ébullition sont respectivement de 771 et 1430°C pour KC1, 772 et 1960°C pour CaCl 2, 967 et 975°C pour ScCl 3 , -24,1 et 136°C pour TiCl 4 . Pour UF 3, le point de fusion est ~ 1500°C, UF 4 1036°C, UF 5 348°C, UF 6 64,0°C. Dans la série des composés EHn à n constant, la covalence des liaisons augmente généralement en passant des fluorures aux chlorures et décroît en passant de ces derniers aux bromures et iodures. Ainsi, pour AlF 3, la température de sublimation est de 1280°C, A1C1 3 180°C, le point d'ébullition de A1Br 3 est de 254,8°C, AlI 3 407°C. Dans la série ZrF 4 , ZrCl 4 ZrBr 4 , ZrI 4 la température de sublimation est respectivement de 906, 334, 355 et 418°C. Dans les séries MFn et MC1n où M est un métal d'un sous-groupe, la covalence de la liaison diminue avec l'augmentation de la masse atomique du métal. Il existe peu de fluorures et de chlorures métalliques avec approximativement la même contribution des composants de liaison ionique et covalente.
L'énergie moyenne de la liaison élément-halogène diminue avec le passage des fluorures aux iodures et avec une augmentation de n (voir tableau).
De nombreux halogénures métalliques contenant des atomes O isolés ou pontants (respectivement oxo- et oxyhalogénures), par exemple l'oxotrifluorure de vanadium VOF 3, le dioxyfluorure de niobium NbO 2 F, le dioxodiiodure de tungstène WO 2 I 2.
Les halogénures complexes (halogénométallates) contiennent des anions complexes dans lesquels les atomes d'halogène sont des ligands, par exemple l'hexachloroplatinate de potassium (IV) K 2 , l'heptafluorotantalate de sodium (V) Na, l'hexafluoroarséniate de lithium (V) Li. Les fluoro-, oxofluoro- et chlorométallates ont la stabilité thermique la plus élevée. Du point de vue de la nature des liaisons, les composés ioniques avec les cations NF 4 + , N 2 F 3 + , C1F 2 + , XeF + ... sont proches des halogénures complexes.
De nombreux halogénures se caractérisent par une association et une polymérisation dans les phases liquide et gazeuse avec formation de ponts. Les plus sujets à cela sont les halogénures de métaux des groupes I et II, AlCl 3 , les pentafluorures de Sb et les métaux de transition, les oxofluorures de composition MOF 4 . Les halogénures connus avec une liaison métal-métal, par exemple. Cl-Hg-Hg-Cl.
Les propriétés des fluorures diffèrent considérablement des autres halogénures. Cependant, dans les halogénures simples, ces différences sont moins prononcées que dans les halogènes eux-mêmes, et dans les halogénures complexes, elles sont moins prononcées que dans les halogénures simples.
De nombreux halogénures covalents (en particulier les fluorures) sont des acides de Lewis forts, par ex. AsF 5 , SbF 5 , BF 3 , A1C1 3 . Les fluorures font partie des superacides. Les halogénures supérieurs sont réduits par les métaux et l'hydrogène, par exemple :
5WF 6 + W = 6WF 5
TiCl 4 + 2Mg \u003d Ti + 2MgCl 2
UF 6 + H 2 \u003d UF 4 + 2HF
Les halogénures métalliques des groupes V-VIII, à l'exception de Cr et Mn, sont réduits par H 2 en métaux, par exemple :
WF 6 + ZN 2 = W + 6HF
De nombreux halogénures métalliques covalents et ioniques interagissent les uns avec les autres pour former des halogénures complexes, par exemple :
KC1 + TaCl 5 = K
Les halogènes plus légers peuvent déplacer les plus lourds des halogénures. L'oxygène peut oxyder les halogénures avec la libération de C1 2 , Br 2 et I 2 . L'une des réactions caractéristiques des halogénures covalents est l'interaction avec l'eau (hydrolyse) ou ses vapeurs lorsqu'elles sont chauffées (pyrohydrolyse), conduisant à la formation d'oxydes, d'oxy- ou oxo halogénures, d'hydroxydes et d'halogénures d'hydrogène.
Les halogénures sont obtenus directement à partir des éléments, par l'interaction d'halogénures d'hydrogène ou d'acides halohydriques avec des éléments, des oxydes, des hydroxydes ou des sels, ainsi que par des réactions d'échange.
Les halogénures sont largement utilisés en ingénierie comme matières premières pour la production d'halogènes, de métaux alcalins et alcalino-terreux, et comme composants de verres et d'autres matériaux inorganiques; ce sont des produits intermédiaires dans la production de métaux rares et de certains métaux non ferreux, U, Si, Ge, etc.
Dans la nature, les halogénures forment des classes distinctes de minéraux, qui comprennent les fluorures (par exemple, les minéraux fluorite, cryolite) et les chlorures (sylvite, carnallite). Le brome et l'iode sont présents dans certains minéraux sous forme d'impuretés isomorphes. Des quantités importantes d'halogénures se trouvent dans l'eau des mers et des océans, dans le sel et les saumures souterraines. Certains halogénures, tels que NaCl, KC1, CaCl 2, font partie des organismes vivants.
3. Carbonates(du lat. carbo, genre cas carbonis charbon), sels d'acide carbonique. Il existe des carbonates moyens avec l'anion CO 3 2- et acides, ou des bicarbonates (bicarbonates obsolètes), avec l'anion HCO 3 -. Les carbonates sont des substances cristallines. La plupart des sels métalliques moyens à l'état d'oxydation + 2 cristallisent en hexagone. type de réseau de calcite ou type rhombique d'aragonite.
Parmi les carbonates moyens, seuls les sels de métaux alcalins, d'ammonium et de Tl (I) se dissolvent dans l'eau. En raison d'une hydrolyse importante, leurs solutions ont une réaction alcaline. Les carbonates de métaux solubles les plus difficiles à l'état d'oxydation + 2. Au contraire, tous les bicarbonates sont très solubles dans l'eau. Lors de réactions d'échange en solution aqueuse entre des sels métalliques et Na 2 CO 3 , des précipités de carbonates moyens se forment lorsque leur solubilité est très inférieure à celle des hydroxydes correspondants. C'est le cas pour Ca, Sr et leurs analogues, les lanthanides, Ag(I), Mn(II), Pb(II) et Cd(II). Les cations restants, lorsqu'ils interagissent avec des carbonates dissous à la suite d'une hydrolyse, peuvent donner non pas des carbonates moyens, mais basiques ou même des hydroxydes. Des carbonates moyens contenant des cations à charges multiples peuvent parfois être précipités à partir de solutions aqueuses en présence d'un large excès de CO 2 .
Les propriétés chimiques des carbonates sont dues à leur appartenance à la classe des sels inorganiques d'acides faibles. Les caractéristiques des carbonates sont associées à leur faible solubilité, ainsi qu'à l'instabilité thermique des crabonates eux-mêmes et de H 2 CO 3 . Ces propriétés sont utilisées dans l'analyse des crabonates, basées soit sur leur décomposition par des acides forts et l'absorption quantitative du CO 2 dégagé dans ce cas par une solution alcaline, soit sur la précipitation de l'ion CO 3 2- de la solution dans la forme de ВаСО 3 . Sous l'action d'un excès de CO 2 sur un précipité d'un carbonate moyen dans une solution, un bicarbonate se forme, par exemple : CaCO 3 + H 2 O + CO 2 \u003d Ca (HCO 3) 2. La présence de bicarbonates dans l'eau naturelle détermine sa dureté temporaire. Bicarbonates avec un léger chauffage déjà à basses températures se transformer à nouveau en carbonates moyens qui, lorsqu'ils sont chauffés, se décomposent en oxyde et CO 2. Plus le métal est actif, plus la température de décomposition de son carbonate est élevée. Ainsi, Na 2 CO 3 fond sans décomposition à 857 °C, et pour les carbonates de Ca, Mg et Al, les pressions de décomposition à l'équilibre atteignent 0,1 MPa à des températures de 820, 350 et 100 °C, respectivement.
Les carbonates sont très répandus dans la nature, ce qui est dû à la participation du CO 2 et du H 2 O dans les processus de formation minérale. les carbonates jouent un rôle important dans les équilibres globaux entre le CO 2 gazeux dans l'atmosphère et le CO 2 dissous ; et les ions HCO 3 - et CO 3 2- dans l'hydrosphère et les sels solides dans la lithosphère. Les minéraux les plus importants sont la calcite CaCO 3, la magnésite MgCO 3, la sidérite FeCO 3, la smithsonite ZnCO 3 et quelques autres Le calcaire se compose principalement de calcite ou de restes squelettiques de calcite d'organismes, rarement d'aragonite. On connaît également des carbonates hydratés naturels de métaux alcalins et de Mg (par exemple, MgCO 3 ZH 2 O, Na 2 CO 3 10H 2 O), des carbonates doubles [par exemple, dolomite CaMg (CO 3) 2, trône Na 2 CO 3 NaHCO 3 2H 2 O] et basique [malachite CuCO 3 Cu(OH) 2, hydrocérusite 2РbСО 3 Pb(OH) 2].
Les plus importants sont le carbonate de potassium, le carbonate de calcium et le carbonate de sodium. De nombreux carbonates naturels sont des minerais métalliques très précieux (par exemple, les carbonates de Zn, Fe, Mn, Pb, Cu). Les bicarbonates jouent un rôle physiologique important, étant des substances tampons qui régulent la constance du pH sanguin.
4. Nitrates, sels d'acide nitrique HNO 3. Connu pour presque tous les métaux; existent à la fois sous forme de sels anhydres M (NO 3) n (n est l'état d'oxydation du métal M), et sous forme d'hydrates cristallins M (NO 3) n xH 2 O (x \u003d 1-9) . A partir de solutions aqueuses à une température proche de la température ambiante, seuls les nitrates de métaux alcalins cristallisent anhydre, le reste - sous forme d'hydrates cristallins. Les propriétés physicochimiques du nitrate anhydre et hydraté d'un même métal peuvent être très différentes.
Les composés cristallins anhydres de nitrates d'éléments d sont colorés. Classiquement, les nitrates peuvent être divisés en composés à liaison majoritairement covalente (sels de Be, Cr, Zn, Fe et autres métaux de transition) et à liaison majoritairement ionique (sels de métaux alcalins et alcalino-terreux). Les nitrates ioniques se caractérisent par une stabilité thermique plus élevée, la prédominance de structures cristallines de symétrie plus élevée (cubique) et l'absence de division des bandes d'ions nitrate dans les spectres IR. Les nitrates covalents ont une solubilité plus élevée dans les solvants organiques, une stabilité thermique plus faible, leurs spectres IR sont plus complexes ; certains nitrates covalents sont volatils à température ambiante et, lorsqu'ils sont dissous dans l'eau, ils se décomposent partiellement avec la libération d'oxydes d'azote.
Tous les nitrates anhydres présentent de fortes propriétés oxydantes dues à la présence de l'ion NO 3 -, tandis que leur capacité oxydante augmente lors du passage des nitrates ioniques aux nitrates covalents. Ces derniers se décomposent dans la plage de 100 à 300°C, ioniques - à 400-600°C (NaNO 3 , KNO 3 et quelques autres fondent lorsqu'ils sont chauffés). Produits de décomposition en phases solide et liquide. sont séquentiellement des nitrites, des oxonitrates et des oxydes, parfois - des métaux libres (lorsque l'oxyde est instable, par exemple Ag 2 O), et en phase gazeuse - NO, NO 2, O 2 et N 2. La composition des produits de décomposition dépend de la nature du métal et de son degré d'oxydation, de la vitesse de chauffage, de la température, de la composition du milieu gazeux et d'autres conditions. NH 4 NO 3 explose, et lorsqu'il est chauffé rapidement, il peut se décomposer avec une explosion, dans ce cas N 2 , O 2 et H 2 O se forment; lorsqu'il est chauffé lentement, il se décompose en N 2 O et H 2 O.
L'ion NO 3 - libre en phase gazeuse a la structure géométrique d'un triangle équilatéral avec un atome N au centre, des angles ONO d'environ 120° et des longueurs de liaison N-O de 0,121 nm. Dans les nitrates cristallins et gazeux, l'ion NO 3 - conserve essentiellement sa forme et sa taille, ce qui détermine l'espace et la structure des nitrates. L'ion NO 3 - peut agir comme un ligand mono-, bi-, tridenté ou pontant, de sorte que les nitrates sont caractérisés par une grande variété de types de structures cristallines.
Métaux de transition dans des états d'oxydation élevés dus au stérique. difficultés ne peuvent pas former de nitrates anhydres, et ils sont caractérisés par des oxonitrates, par exemple UO 2 (NO 3) 2, NbO (NO 3) 3. Les nitrates forment un grand nombre de sels doubles et complexes avec l'ion NO 3 - dans la sphère interne. En milieu aqueux, à la suite de l'hydrolyse, les cations de métaux de transition forment des hydroxonitrates (nitrates basiques) de composition variable, qui peuvent également être isolés à l'état solide.
Les nitrates hydratés diffèrent des nitrates anhydres en ce que dans leurs structures cristallines, l'ion métallique est dans la plupart des cas associé aux molécules d'eau, et non à l'ion NO 3 . Par conséquent, ils se dissolvent mieux que les nitrates anhydres dans l'eau, mais pire - dans les solvants organiques, les agents oxydants plus faibles fondent de manière incongrue dans l'eau de cristallisation dans la plage de 25 à 100°C. Lorsque les nitrates hydratés sont chauffés, en règle générale, les nitrates anhydres ne se forment pas, mais la thermolyse se produit avec la formation d'hydroxonitrates puis d'oxonitrates et d'oxydes métalliques.
Dans bon nombre de leurs propriétés chimiques, les nitrates sont similaires à d'autres sels inorganiques. Les caractéristiques des nitrates sont dues à leur très grande solubilité dans l'eau, leur faible stabilité thermique et leur capacité à oxyder les composés organiques et inorganiques. Lors de la réduction des nitrates, un mélange de produits azotés NO 2 , NO, N 2 O, N 2 ou NH 3 se forme avec la prédominance de l'un d'entre eux selon le type de réducteur, la température, la réaction du milieu , et d'autres facteurs.
Les procédés industriels de production de nitrates reposent sur l'absorption de NH 3 par des solutions de HNO 3 (pour NH 4 NO 3) ou l'absorption de gaz nitreux (NO + NO 2) par des solutions alcalines ou carbonatées (pour les nitrates alcalins, Ca, Mg , Ba), ainsi que sur diverses réactions d'échange de sels métalliques avec HNO 3 ou des nitrates de métaux alcalins. En laboratoire, pour obtenir des nitrates anhydres, des réactions de métaux de transition ou de leurs composés avec du N 2 O 4 liquide et ses mélanges avec des solvants organiques ou des réactions avec du N 2 O 5 sont utilisées.
Les nitrates Na, K (nitrate de sodium et de potassium) se trouvent sous forme de dépôts naturels.
Les nitrates sont utilisés dans de nombreuses industries. Nitrite d'ammonium (nitrate d'ammonium) - le principal engrais contenant de l'azote; les nitrates de métaux alcalins et Ca sont également utilisés comme engrais. Nitrates - composants de carburants pour fusées, compositions pyrotechniques, solutions de décapage pour la teinture des tissus; ils sont utilisés pour la trempe des métaux, la conservation des aliments, médicaments et pour la production d'oxydes métalliques.
Les nitrates sont toxiques. Ils provoquent un œdème pulmonaire, de la toux, des vomissements, une insuffisance cardiovasculaire aiguë, etc. La dose létale de nitrates pour l'homme est de 8 à 15 g, la dose journalière admissible est de 5 mg / kg. Pour la somme des nitrates de Na, K, Ca, NH3 MPC : dans l'eau 45 mg/l", dans le sol 130 mg/kg (classe de danger 3) ; dans les légumes et les fruits (mg/kg) - pommes de terre 250, chou blanc tardif 500, carottes tardives 250, betteraves 1400, oignons 80, courgettes 400, melons 90, pastèques, raisins, pommes, poires 60. Non-respect des recommandations agrotechniques, une fertilisation excessive augmente considérablement la teneur en nitrates des produits agricoles, ruissellement des champs ( 40-5500 mg/l), eau souterraine.
5. Nitrite, sels d'acide nitreux НNO 2 . Tout d'abord, les nitrites de métaux alcalins et d'ammonium sont utilisés, moins - les métaux alcalino-terreux et les métaux Zd, Pb et Ag. Il n'y a que des informations fragmentaires sur les nitrites d'autres métaux.
Les nitrites métalliques à l'état d'oxydation +2 forment des hydrates cristallins avec une, deux ou quatre molécules d'eau. Les nitrites forment des sels doubles et triples, par exemple. CsNO 2 AgNO 2 ou Ba (NO 2) 2 Ni (NO 2) 2 2KNO 2, ainsi que des composés complexes, tels que Na 3.
Les structures cristallines ne sont connues que pour quelques nitrites anhydres. L'anion NO 2 a une configuration non linéaire ; Angle ONO 115°, longueur de liaison H-O 0,115 nm ; le type de liaison M-NO 2 est ionique-covalent.
Les nitrites K, Na, Ba sont bien solubles dans l'eau, les nitrites Ag, Hg, Cu sont peu solubles. Avec l'augmentation de la température, la solubilité des nitrites augmente. Presque tous les nitrites sont peu solubles dans les alcools, les éthers et les solvants à faible polarité.
Les nitrites sont thermiquement instables; fondre sans décomposition seuls les nitrites de métaux alcalins, les nitrites d'autres métaux se décomposent à 25-300 °C. Le mécanisme de décomposition des nitrites est complexe et comprend un certain nombre de réactions parallèles-séquentielles. Les principaux produits de décomposition gazeux sont le NO, le NO 2, le N 2 et l'O 2, les solides sont l'oxyde métallique ou le métal élémentaire. Sélection un grand nombre provoque la décomposition explosive de certains nitrites, par exemple NH 4 NO 2, qui se décompose en N 2 et H 2 O.
Les caractéristiques des nitrites sont liées à leur instabilité thermique et à la capacité de l'ion nitrite à être à la fois oxydant et réducteur selon le milieu et la nature des réactifs. Dans un environnement neutre, les nitrites sont généralement réduits en NO, dans un environnement acide, ils sont oxydés en nitrates. L'oxygène et le CO 2 n'interagissent pas avec les nitrites solides et leurs solutions aqueuses. Les nitrites contribuent à la décomposition des composés azotés matière organique, notamment des amines, des amides, etc. Avec des halogénures organiques RXH. réagissent pour former à la fois des nitrites RONO et des composés nitrés RNO 2 .
La production industrielle de nitrites est basée sur l'absorption de gaz nitreux (un mélange de NO + NO 2 ) avec des solutions de Na 2 CO 3 ou NaOH avec cristallisation successive de NaNO 2 ; les nitrites d'autres métaux dans l'industrie et les laboratoires sont obtenus par réaction d'échange de sels métalliques avec NaNO 2 ou par réduction de nitrates de ces métaux.
Les nitrites sont utilisés pour la synthèse de colorants azoïques, dans la production de caprolactame, comme agents oxydants et réducteurs dans les industries du caoutchouc, du textile et de la métallurgie, comme conservateurs alimentaires. Les nitrites tels que NaNO 2 et KNO 2 sont toxiques, provoquant des maux de tête, des vomissements, une dépression respiratoire, etc. Lorsque NaNO 2 est empoisonné, la méthémoglobine se forme dans le sang, les membranes érythrocytaires sont endommagées. Peut-être la formation de nitrosamines à partir de NaNO 2 et d'amines directement dans le tractus gastro-intestinal.
6. sulfates, sels d'acide sulfurique. On connaît les sulfates moyens avec l'anion SO 4 2-, acides, ou les hydrosulfates, avec l'anion HSO 4 - , basique, contenant avec l'anion SO 4 2- - des groupements OH, par exemple Zn 2 (OH) 2 SO 4 . Il existe également des sulfates doubles, qui comprennent deux cations différents. Ceux-ci comprennent deux grands groupes de sulfates - l'alun, ainsi que les chenites M 2 E (SO 4) 2 6H 2 O, où M est un cation à charge unique, E est Mg, Zn et d'autres cations à double charge. Triple sulfate connu K 2 SO 4 MgSO 4 2CaSO 4 2H 2 O (polyhalite minérale), sulfates basiques doubles, par exemple, minéraux des groupes alunite et jarosite M 2 SO 4 Al 2 (SO 4) 3 4Al (OH 3 et M 2 SO 4 Fe 2 (SO 4) 3 4Fe (OH) 3, où M est un cation à charge unique. Les sulfates peuvent faire partie de sels mixtes, par exemple 2Na 2 SO 4 Na 2 CO 3 (berkite minérale), MgSO 4 KCl 3H 2 O (kaïnite) .
Les sulfates sont des substances cristallines, moyennes et acides, dans la plupart des cas, ils sont très solubles dans l'eau. Sulfates légèrement solubles de calcium, strontium, plomb et quelques autres, BaSO 4 , RaSO 4 , pratiquement insolubles. Les sulfates basiques sont généralement peu solubles ou pratiquement insolubles, ou hydrolysés par l'eau. Les sulfates peuvent cristalliser à partir de solutions aqueuses sous forme d'hydrates cristallins. Les hydrates cristallins de certains métaux lourds sont appelés vitriol ; sulfate de cuivre СuSO 4 5H 2 O, sulfate ferreux FeSO 4 7H 2 O.
Les sulfates de métaux alcalins moyens sont thermiquement stables, tandis que les sulfates acides se décomposent lorsqu'ils sont chauffés, se transformant en pyrosulfates: 2KHSO 4 \u003d H 2 O + K 2 S 2 O 7. Les sulfates moyens d'autres métaux, ainsi que les sulfates basiques, lorsqu'ils sont chauffés à des températures suffisamment élevées, se décomposent généralement avec la formation d'oxydes métalliques et la libération de SO 3 .
Les sulfates sont largement distribués dans la nature. On les trouve sous forme de minéraux, comme le gypse CaSO 4 H 2 O, la mirabilite Na 2 SO 4 10H 2 O, et font également partie de l'eau de mer et des rivières.
De nombreux sulfates peuvent être obtenus par l'interaction de H 2 SO 4 avec des métaux, leurs oxydes et hydroxydes, ainsi que par la décomposition de sels d'acides volatils avec de l'acide sulfurique.
Les sulfates inorganiques sont largement utilisés. Par exemple, le sulfate d'ammonium est un engrais azoté, le sulfate de sodium est utilisé dans l'industrie du verre, du papier, la production de viscose, etc. Les minéraux sulfatés naturels sont des matières premières pour la production industrielle de composés de divers métaux, matériaux de construction, etc.
7. Sulfites, sels de l'acide sulfureux H 2 SO 3. Il existe des sulfites moyens avec l'anion SO 3 2- et des acides (hydrosulfites) avec l'anion HSO 3 -. Les sulfites moyens sont des substances cristallines. Les sulfites d'ammonium et de métaux alcalins sont très solubles dans l'eau; solubilité (g dans 100 g) : (NH 4 ) 2 SO 3 40,0 (13°C), K 2 SO 3 106,7 (20°C). En solution aqueuse, ils forment des hydrosulfites. Les sulfites d'alcalino-terreux et certains autres métaux sont pratiquement insolubles dans l'eau; solubilité de MgSO 3 1 g dans 100 g (40°C). Hydrates cristallins connus (NH 4) 2 SO 3 H 2 O, Na 2 SO 3 7H 2 O, K 2 SO 3 2H 2 O, MgSO 3 6H 2 O, etc.
Les sulfites anhydres, lorsqu'ils sont chauffés sans accès à l'air dans des récipients scellés, se disproportionnent en sulfures et en sulfates, lorsqu'ils sont chauffés dans un courant de N 2, ils perdent du SO 2 et lorsqu'ils sont chauffés à l'air, ils s'oxydent facilement en sulfates. Avec le SO 2 dans le milieu aquatique, les sulfites moyens forment des hydrosulfites. Les sulfites sont des agents réducteurs relativement puissants, ils sont oxydés dans des solutions avec du chlore, du brome, du H 2 O 2, etc., en sulfates. Ils sont décomposés par des acides forts (par exemple, HC1) avec dégagement de SO 2.
Les hydrosulfites cristallins sont connus pour K, Rb, Cs, NH 4 + , ils sont instables. Les autres hydrosulfites n'existent qu'en solution aqueuse. Densité NH 4 HSO 3 2,03 g/cm 3 ; solubilité dans l'eau (g pour 100 g) : NH 4 HSO 3 71,8 (0°C), KHSO 3 49 (20°C).
Lorsque les hydrosulfites cristallins Na ou K sont chauffés, ou lorsque la solution en suspension de la pâte M 2 SO 3 est saturée en SO 2, des pyrosulfites (obsolètes - métabisulfites) M 2 S 2 O 5 se forment - des sels d'acide pyrosulfureux inconnus à l'état libre état H 2 S 2 O 5; cristaux, instables ; densité (g/cm 3) : Na 2 S 2 O 5 1,48, K 2 S 2 O 5 2,34 ; au-dessus de ~ 160 °С, ils se décomposent avec dégagement de SO 2; dissoudre dans l'eau (avec décomposition en HSO 3 -), solubilité (g pour 100 g) : Na 2 S 2 O 5 64,4, K 2 S 2 O 5 44,7 ; forment les hydrates Na 2 S 2 O 5 7H 2 O et ZK 2 S 2 O 5 2H 2 O; les agents réducteurs.
Les sulfites alcalins moyens sont obtenus par réaction d'une solution aqueuse de M 2 CO 3 (ou MOH) avec du SO 2 , et le MSO 3 par passage de SO 2 dans une suspension aqueuse de MCO 3 ; principalement le SO 2 est utilisé à partir des gaz de dégagement de la production d'acide sulfurique par contact. Les sulfites sont utilisés dans le blanchiment, la teinture et l'impression des tissus, des fibres, du cuir pour la conservation des grains, du fourrage vert, des déchets alimentaires industriels (NaHSO 3 ,
Na 2 S 2 O 5). CaSO 3 et Ca(HSO 3) 2 - désinfectants dans l'industrie vinicole et sucrière. NaНSO 3 , MgSO 3 , NH 4 НSO 3 - composants de la liqueur de sulfite pendant la réduction en pâte; (NH 4) 2 SO 3 - absorbeur de SO 2 ; NaHSO 3 est un absorbeur d'H 2 S des gaz résiduaires de production, un agent réducteur dans la production de colorants au soufre. K 2 S 2 O 5 - composant des fixateurs acides en photographie, antioxydant, antiseptique.
Méthodes de séparation des mélanges
1. Filtration, séparation des systèmes inhomogènes liquide - particules solides (suspensions) et gaz - particules solides à l'aide de cloisons filtrantes poreuses (FP), qui laissent passer le liquide ou le gaz, mais retiennent les particules solides. La force motrice du processus est la différence de pression des deux côtés du FP.
Lors de la séparation des suspensions, les particules solides forment généralement une couche de sédiments humides sur le PF, qui, si nécessaire, est lavée avec de l'eau ou un autre liquide, et également déshydratée en y soufflant de l'air ou un autre gaz. La filtration est effectuée à une différence de pression constante ou à une vitesse constante du processus w (la quantité de filtrat en m 3 traversant 1 m 2 de surface FP par unité de temps). A une différence de pression constante, la suspension est acheminée vers le filtre sous vide ou en surpression, ainsi que par une pompe à piston; lors de l'utilisation d'une pompe centrifuge, la différence de pression augmente et la vitesse du processus diminue.
Selon la concentration des suspensions, on distingue plusieurs types de filtration. A une concentration supérieure à 1%, la filtration se produit avec la formation d'un précipité, et à une concentration inférieure à 0,1%, avec un colmatage des pores du PF (clarification des liquides). Si une couche de sédiments suffisamment dense ne se forme pas sur le FP et que des particules solides pénètrent dans le filtrat, celui-ci est filtré à l'aide de matériaux auxiliaires finement dispersés (diatomite, perlite), qui sont préalablement appliqués sur le FP ou ajoutés à la suspension. A une concentration initiale inférieure à 10%, une séparation partielle et un épaississement des suspensions sont possibles.
Une distinction est faite entre les filtres continus et intermittents. Pour ces derniers, les principales étapes de travail sont la filtration, le lavage du sédiment, sa déshydratation et son déchargement. Dans le même temps, l'optimisation est applicable selon les critères de la productivité la plus élevée et des coûts les plus bas. Si le lavage et la déshydratation ne sont pas effectués et que la résistance hydraulique de la cloison peut être négligée, alors la productivité la plus élevée est atteinte lorsque le temps de filtration est égal à la durée des opérations auxiliaires.
FP flexible applicable en coton, laine, tissus synthétiques et de verre, ainsi que FP non tissé en fibres naturelles et synthétiques et inflexible - céramique, cermet et mousse plastique. Les sens de déplacement du filtrat et l'action de la gravité peuvent être opposés, coïncider ou être mutuellement perpendiculaires.
Les modèles de filtres sont variés. L'un des plus courants est un filtre à vide à tambour rotatif (voir Fig.) à action continue, dans lequel les sens de déplacement du filtrat et l'action de la gravité sont opposés. La section appareillage relie les zones I et II à une source de vide et les zones III et IV à une source d'air comprimé. Le filtrat et le liquide de lavage des zones I et II entrent dans des récepteurs séparés. Le filtre-presse automatisé intermittent à chambres horizontales, toile filtrante en forme de bande sans fin et membranes élastiques pour la déshydratation des boues par pressage s'est également généralisé. Il effectue des opérations alternées de remplissage des chambres avec une suspension, de filtration, de lavage et de déshydratation des sédiments, de séparation des chambres adjacentes et d'évacuation des sédiments.
2. Cristallisation fractionnée
Il existe les types de cristallisation fractionnée suivants : masse, sur surfaces refroidies, directionnelle, fusion de zone.
Cristallisation en masse. La méthode consiste à obtenir simultanément un grand nombre de cristaux dans tout le volume de l'appareil. L'industrie a mis en place plusieurs options de cristallisation en masse, qui s'effectue dans des appareils à fonctionnement périodique ou continu : capacitifs, équipés de chemises de refroidissement externes ou de serpentins internes et souvent de dispositifs de mélange ; tubulaire, racleur, disque, vis, etc. Faute de méthode de calcul, le paramètre ae, lors de la cristallisation en masse, est trouvé expérimentalement.
Cristallisation avec transfert de chaleur à travers la paroi. Dans le cas des masses fondues, le processus est réalisé en les refroidissant. Lors de la cristallisation des solutions, le choix du mode de traitement est déterminé principalement par la nature de la dépendance de la solubilité des substances à la température. Si la solubilité d'une substance évolue peu avec la température (ex. NaCI dans l'eau), la cristallisation s'effectue par évaporation partielle ou quasi totale d'une solution saturée à température constante (cristallisation isotherme). Les substances dont la solubilité dépend fortement de la température (par exemple, KNO 3 dans l'eau) cristallisent en refroidissant des solutions chaudes, tandis que la quantité initiale de solvant contenue dans le liquide mère ne change pas dans le système (cristallisation isohydrique). Les cristaux résultants, en fonction de leurs propriétés, de leur forme et des conditions de traitement, capturent différentes quantités de la liqueur mère. Son contenu dans la phase solide sous forme d'inclusions dans les pores, les fissures et les cavités dépend de manière significative de la méthode de séparation des cristaux et du liquide mère. Ainsi, lors de la séparation des cristaux sur un filtre à vide à tambour, la concentration de la liqueur mère en eux est de 10 à 30%, sur une centrifugeuse filtrante - de 3 à 10%.
Les principaux avantages du procédé sont : productivité élevée, pas de contact entre le mélange à séparer et le fluide frigorigène, simplicité d'instrumentation ; inconvénients: coefficient de transfert de chaleur relativement faible, incrustation de surfaces de refroidissement, capture importante du liquide mère par les cristaux, nécessité d'installer un équipement supplémentaire pour la séparation des phases solide et liquide, rendement insuffisamment élevé d'un produit cristallin. Exemples d'application : préparation de chlorures de K et de Na à partir de sylvinite, séparation d'isomères de xylène.
3. L'évaporation, réalisée pour concentrer la solution, isoler le soluté ou obtenir un solvant pur. L'évaporation est principalement appliquée aux solutions aqueuses. Le liquide de refroidissement est le plus souvent de la vapeur d'eau (pression 1,0-1,2 MPa), appelée chauffage ou primaire; la vapeur formée lorsque la solution bout est dite secondaire. La force motrice de l'évaporation - la différence de température entre la vapeur de chauffage et la solution bouillante, est appelée utile. Elle est toujours inférieure à la différence de température entre la vapeur primaire et la vapeur secondaire. Cela est dû au fait que la solution bout à une température plus élevée que le solvant pur (physico-chimique ou dépression de concentration). De plus, le point d'ébullition de la solution augmente en raison de plus haute pression en solution que dans l'espace vapeur. Causes d'augmentation de pression : pression hydrostatique de la solution ; résistance hydraulique lors du mouvement d'un mélange bouillant (vapeur-liquide); une augmentation de la vitesse de déplacement de ce mélange due au fait qu'il occupe un volume beaucoup plus important que la solution d'origine (respectivement, dépression hydrostatique, hydraulique et inertielle).
Pour l'évaporation, des appareils fonctionnant sous pression ou sous vide sont utilisés. Leurs principaux éléments sont : chambre de chauffe ; un séparateur pour séparer le mélange vapeur-liquide lors de la sélection d'une solution concentrée; tuyau de circulation, à travers lequel la solution est renvoyée du séparateur à la chambre (avec évaporation multiple). La conception de l'appareil est déterminée principalement par la composition, les propriétés physicochimiques, le degré de concentration requis des solutions, leur tendance à former du tartre et de la mousse (le tartre réduit fortement le coefficient de transfert de chaleur, perturbe la circulation de la solution et peut provoquer une corrosion dans joints soudés, et une tarification abondante augmente le report de la solution par bac secondaire).
Les plus courants sont les appareils verticaux à étuves tubulaires dont la surface de chauffe atteint 1250 m 2 . Dans de tels dispositifs, la solution se trouve dans le tuyau et la vapeur de chauffage se trouve dans l'espace annulaire de la chambre. La circulation de la solution en eux peut être naturelle ou forcée, créée par une pompe spéciale.
Évaporation de solutions insaturées à faible viscosité (l jusqu'à 6-8 mPa -s) de sels hautement solubles qui ne précipitent pas pendant la concentration (par exemple, NaNO 2 , NaNO 3 , NH 4 NO 3 , KC1) et ne forment pas de tartre , est généralement réalisée dans des évaporateurs à circulation naturelle, dans les tubes chauffants dont la solution non seulement chauffe, mais bout également. Pour l'évaporation de solutions de substances peu solubles qui précipitent lors de la concentration [par exemple, CaCO 3 , CaSO 4 , Mg (OH) 2 , aluminosilicate de Na], ainsi que pour le dessalement de l'eau de mer, des appareils sont utilisés, au-dessus de la chambre de chauffage dont une circulation élévatrice supplémentaire un tuyau qui assure un débit élevé de circulation naturelle. Pour l'évaporation de produits très moussants et sensibles à la température, par exemple dans la production de levure, d'enzymes, d'antibiotiques, de jus de fruits, de café instantané, des évaporateurs à film vertical sont utilisés, dans lesquels la concentration se produit à la suite d'un seul mouvement d'un couche mince (film) de la solution avec de la vapeur secondaire le long de tubes de longueur 6-8 m (surface de chauffage jusqu'à 2200 m2). Avantages de ces appareils : pas d'effet hydrostatique, faible résistance hydraulique, coefficient de transfert de chaleur élevé, performances élevées avec des volumes relativement réduits
4. Centrifugation, séparation des suspensions, des émulsions et des systèmes à trois composants (émulsions contenant une phase solide) sous l'action des forces centrifuges. Il est utilisé pour isoler des fractions de suspensions et d'émulsions, ainsi que pour déterminer les poids moléculaires de polymères, analyse de dispersion.
La centrifugation est réalisée à l'aide de machines spéciales - centrifugeuses, dont la partie principale est un rotor (tambour) tournant à grande vitesse autour de son axe, ce qui crée un champ de forces centrifuges jusqu'à 20 000 g dans les centrifugeuses industrielles et jusqu'à 350 000 g en laboratoire (g - chute libre d'accélération). La centrifugation peut être effectuée selon les principes de la sédimentation ou de la filtration, respectivement, dans des centrifugeuses à rotor plein ou perforé recouvert d'un matériau filtrant. Il existe deux types de sédiments, les centrifugeuses : 1) à action périodique, dans laquelle la suspension est introduite au centre, partie du rotor creux lors de sa rotation ; les particules solides se déposent sur la surface intérieure du rotor et en sont évacuées par un spécial. des buses ou à travers des fentes s'ouvrant périodiquement, le liquide clarifié (centrat) est évacué du haut de sa partie; 2) action continue, dans laquelle la suspension est alimentée le long de l'axe du rotor creux et le sédiment résultant est déchargé à l'aide d'une vis tournant à l'intérieur du rotor à une vitesse légèrement différente de celle du rotor (Fig. 1).
La centrifugation selon le principe de filtration est le plus souvent utilisée pour séparer les suspensions et les boues à teneur en phase liquide relativement faible et est réalisée dans des machines cycliques. La suspension est introduite dans le rotor en rotation continue par portions; après avoir rempli la partie du rotor avec des sédiments, l'alimentation en suspension est arrêtée, la phase liquide est expulsée et les sédiments sont coupés avec un couteau et retirés. Les centrifugeuses sont également utilisées avec l'évacuation pulsée des boues à l'aide d'un poussoir (piston vibrant, avec un piston pulsé), ainsi qu'avec le déchargement hydraulique, lorsque la phase solide épaissie est retirée du rotor équipé d'un ensemble de plaques coniques à travers des buses.
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