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Salze

Dieser Artikel behandelt die chemische Verbindung, für den Fluss siehe Salze (Bega)

Salze sind chemische Verbindungen, die aus positiv geladenen Ionen, den sogenannten Kationen und negativ geladenen Ionen, den sogenannten Anionen aufgebaut sind. Zwischen diesen Ionen liegen ionische Bindungen vor. Fast alle Verbindungen mit diesem Bindungstyp nennt man Salze. Bei anorganischen Salzen werden die Kationen häufig von Metallen und die Anionen häufig von Nichtmetallen oder deren Oxiden gebildet. Als Feststoff bilden sie gemeinsam ein Kristallgitter. Als organische Salze bezeichnet man alle Verbindungen, bei denen mindestens ein Anion oder Kation eine organische Verbindung ist. Verbindungen, bei denen alle Kationen oder alle Anionen von Protonen (H+) oder Hydroxiden (OH) gebildet werden, nennt man nicht Salze, da ihre Wirkung als Säure bzw. Base im Vordergrund steht.

Inhaltsverzeichnis

Anorganische Salze

Im engsten Sinn versteht man unter Salz das Natriumchlorid (NaCl, Speisesalz). Im weiten Sinn bezeichnet man alle Verbindungen, die wie NaCl aus Anionen und Kationen aufgebaut sind, als Salze. Natriumchlorid ist aus den Kationen Na+ und Anionen Cl aufgebaut. Das Salz Calciumchlorid (CaCl2) wird von Ca2+ und Cl gebildet. Die Formeln NaCl und CaCl2 sind die Verhältnisformeln der Verbindungen (Na:Cl=1:1, bzw. Ca:Cl=1:2). Die Verhältnisformel eines Salzes wird durch die Ladungszahl der Ionen bestimmt, da sich positive und negative Ladungen kompensieren müssen. Verhältnisformeln stehen im klaren Gegensatz zu Formeln von individuellen Verbindungen wie Wasser (H2O) oder Methan (CH4), die Moleküle sind. Bei anorganischen Salzen liegen zwischen den Ionen Ionenbindungen vor. Eine sehr hohe Zahl von Ionen bilden unter Einhaltung der jeweiligen Verhältnisformel ein Ionengitter mit einer bestimmten Kristallstruktur. Die Abbildung rechts zeigt einen kleinen Ausschnitt aus dem Aufbau von Natriumchlorid. Da recht viele verschiedene Kationen und Anionen existieren, sind auch eine hohe Zahl unterschiedlicher Salze bekannt. Einige der Ionen sind unten in den Tabellen aufgelistet. Anders als das Halogenid Cl, bilden andere Nichtmetalle oxidische Anionen. Stickstoff kann unter anderem das Nitrat-Anion (NO3) bilden. Das Sulfat-Anion (SO42−) ist auch ein oxidisches Anion, trägt aber zwei negative Ladungen. Bei oxidischen Anionen ist der Sauerstoff mit dem anderen beteiligten Element fest mit kovalenten Bindungen verbunden. Ionische Bindungen liegen nur zwischen den Anionen und Kationen vor. Unter den Nitraten ist beispielsweise Natriumnitrat (NaNO3), unter den Sulfaten Natriumsulfat (Na2SO4) bekannt. Die Kationen werden meist von Metallen gebildet. Sie können ein- oder mehrwertig sein, also eine oder mehrere positive Ladungen tragen. Salze, die von Metallkationen gebildet werden, nennt man gelegentlich Metallsalze.

Beispiele von Kationen und Anionen

Kationen
einwertige zweiwertige dreiwertige
Kalium, K+ Calcium, Ca2+ Eisen(III), Fe3+
Natrium, Na+ Magnesium, Mg2+ Aluminium, Al3+
Ammonium, NH4+ Eisen(II), Fe2+
Anionen
einwertige zweiwertige oxidische metallische
Fluoride, F Oxide, O2− Carbonate, CO32− Chromate, CrO42−
Chloride, Cl Sulfide, S2− Sulfate, SO42− Permanganate, MnO4
Bromide, Br Phosphate, PO43− komplexe
Iodide, I Nitrate, NO3 Hexacyanoferrate(II), [FeII(CN)6]4−

Eigenschaften von Salzen

Weitere Kationen und Anionen

Kristallwasser

Viele Salze enthalten neben den Ionen in bestimmten Mengen auch Wassermoleküle, das sogenannte Kristallwasser. Es wird in der Verhältnisformel mit angegeben, wie hier im Beispiel von Natriumsulfat-Dekahydrat: Na2SO4 · 10 H2O.

Doppelsalze

Neben Salzen mit nur einer Art von Kationen (M), sind auch Salze mit zwei verschiedenen Kationen bekannt. Man nennt diese Salze Doppelsalze, wie die Alaune mit der allgemeinen Zusammensetzung MIMIII(SO4)2. Beispiel: Aluminiumkaliumsulfat-Dodecahydrat (KAl(SO4)2 · 12 H2O).

Grenzen des Begriffs Salze

Organische Salze

Neben den oben beschriebenen anorganischen Salzen gibt es auch zahlreiche Salze organischer Verbindungen. Die Anionen dieser Salze stammen von den organischen Säuren ab. Wichtig sind hier die Salze der Carbonsäuren, wie beispielsweise die Essigsäure, von der viele Salze, die so genannten Acetate (CH3COO) bekannt sind. So kann sich mit Na+ das Salz Natriumacetat oder mit Cu2+ das Kupferacetat bilden. Essigsäure ist eine Monocarbonsäure (hat nur eine -COOH-Gruppe) und bildet nur einwertige Anionen. Zitronensäure ist eine Tricarbonsäure (hat drei -COOH-Gruppen) und kann dreiwertige Anionen bilden; ihre Salze nennt man Citrate. Bekannt sind beispielsweise die Salze Natriumcitrat und Calciumcitrat. 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 liegen kovalente Bindungen vor.

Praktische Bedeutung haben die Salze der Carbonsäuren, die zu den Fettsäuren zählen. Die Natrium- oder Kaliumsalze der Fettsäuren nennt man Seifen. In Seifen liegen Stoffgemische verschiedener Fettsäuresalze vor. Praktische Verwendung finden sie als Kernseife bzw. Schmierseife. Als konkretes Beispiel bildet die Palmitinsäure Salze, welche Palmitate genannt werden. Salze, die auf so großen organischen Molekülen beruhen, sind in der Regel nicht kristallin.

Analog zu den anorganischen Sulfaten (SO42−) gibt es auch organische Sulfate (R-O-SO3), wie Natriumlaurylsulfat, welche als Tenside in Shampoos und Duschgelen Verwendung finden. Auch von Alkoholen sind Salze, die Alkoholate, bekannt. Alkohole sind äußerst schwache Säuren und werden daher fast nie so genannt. Unter aggressiven Reaktionsbedinungen lassen sich Verbindungen der Form R-OM+ (M = Metall) gewinnen. In Analogie zu vielen anorganischen Oxiden (MO) reagieren Alkoholate bei Kontakt mit Wasser unter Hydrolyse und es bildet sich die entsprechenden Alkohole.

Hydrolyse oxidischer Salze
Natriumethanolat C2H5ONa + H2O → C2H5OH + Na+ + OH
Natriumoxid Na2O + H2O → 2 Na+ + 2 OH

Unter den organischen Kationen haben die zum Ammonium-Kation (NH4+) analogen Verbindungen Bedeutung. Man nennt sie allgemein quartäre Ammoniumverbindungen. Bei diesen Verbindungen trägt das Stickstoffatom in der Regel vier Alkylgruppen (R-) und eine positive Ladung. Die Alkylammoniumverbindung Cetyltrimethylammoniumbromid zum Beispiel ist eine organischen 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 von Tensiden zeigen. Verbindungen dieser Art spielen auch eine wichtige Rolle im Stoffwechsel von Lebewesen, wie etwa das Cholin.

Prinzipiell kann jedes organische Amin durch Aufnahme eines Protons (H+) zu einem Kation werden. Analog zu der Reaktion von Ammoniak (NH3) zum Ammonium-Ion (NH4+) reagiert beispielsweise ein primäres Amin (R-NH2; R = organischer Rest) zum Kation R-NH3+. Da solche Verbindungen meist polarer und daher leichter wasserlöslich sind als die ursprünglichen Stoffe, werden zum Beispiel stickstoffhaltige Medikamentenwirkstoffe durch Versetzen mit Salzsäure zu Salzen, den sogenannten Hydrochloriden überführt. Dies erleichtert ihre Aufnahme in den Körper. Hydrochloride lassen sich im Gegensatz zu den ursprünglichen Verbindungen auch leichter durch Umkristallisation reinigen.

Neben Molekülen, die eine positive oder negative Ladung tragen, existieren auch Moleküle, die über eine negative und positive Ladung verfügen. Man nennt sie Innere Salze oder auch Zwitterionen. Die Stoffgruppe der Betaine zählt zu den inneren Salzen, deren einfachste Verbindung das Betain ist.

Die Aminosäuren verfügen über eine Carboxyl-Gruppe (-COOH) und eine Amino-Gruppe (-NH2) und können so sauer und basisch reagieren. In einer inneren Neutralisation bilden sich eine anionische (-COO) und eine kationische (-NH3+) Gruppe und damit ein Zwitterion. Die einfachste Aminosäure ist das gut in Wasser lösliche Alanin. Zwitterionen zeigen im Gegensatz zu anderen in Wasser gelösten Ionen eine schlechte (keine) elektrische Leitfähigkeit. (Ampholyte)

Beispiele organischer Kationen und Anionen

Anionen organischer Verbindungen
Stoffgruppe Beispiel Struktur
Carbonsäuren Acetate
Palmitate
Citrate
organische Sulfate Laurylsulfate
Alkoholate Ethanolate
Kationen organischer Verbindungen
Stoffgruppe Beispiel Struktur
quartäre
Ammonium-
verbindungen
Cetyltrimethylammonium
Cholin
organische
Ammonium-
Verbindungen
Salze des Anilins,
z.B. Anilin-Hydrochlorid
Innere Salze: Kation und Anion in einem Molekül
Stoffgruppe Beispiel Struktur
Betaine Betain
Aminosäuren Alanin

Herstellung von anorganischen Salzen

Reaktionen von Säuren und Basen

Salze entstehen bei der Reaktion von Säuren mit Basen ((grch. basis) Arrhenius: Basen sind die Basis für Salze). Dabei bildet das Oxonium-Ionen der Säure mit dem Hydroxid-Ionen der Base Wasser (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.

Säure + Base → Salz + Wasser
Salzsäure + NatronlaugeNatriumchlorid + Wasser
HCl (aq) + NaOH (aq) → NaCl (aq) + H2O (l)
Schwefelsäure + BariumhydroxidBariumsulfat + Wasser
H2SO4 (aq) + Ba(OH)2 (aq) → BaSO4 (s) + 2H2O (l)

Aus anderen Salzen

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
Natriumchlorid + SilbernitratSilberchlorid + Natriumnitrat
NaCl(aq) + AgNO3(aq) → AgCl(s) + NaNO3(aq)
Calciumchlorid + NatriumcarbonatCalciumcarbonat + Natriumchlorid
CaCl2(aq) + Na2CO3(aq) → CaCO3(s) + NaCl(aq)

Reaktion von Oxiden

Wie oben beschrieben tendieren Metalloxide dazu, mit Wasser Hydroxide zu bilden. Mit Säuren lassen sich Oxonium-Ionen zu Wasser neutralisieren. Unter sauren Bedingungen reagieren auch Metalloxide, die in reinem Wasser „unlöslich“ (= stabil) sind. Auf diesem Weg lassen sich viele Salze, wie etwa Kupfersulfat gewinnen.

Metalloxid + Säure → Salz + Wasser
Kupfer(II)-oxid + SchwefelsäureKupfersulfat + Wasser
CuO(s) + H2SO4(aq) → CuSO4(aq) + H2O

Andere Reaktionen

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, finden Redoxreaktionen statt. So lassen sich aus elementaren Metallen und Nichtmetallen Salze gewinnen. Reaktionen dieser Art werden unter Salzbildungsreaktion näher beschrieben.