Introducción a la química de las sales

En este caso, se observa que el Cu metálico en estado libre desplaza a la plata que forma parte de una sal, formando otra sal, el nitrato de cobre y dejando los iones plata en la solución, efecto que podemos observar en la siguiente imagen.

Reacción de desplazamiento del cobre en nitrato de plata. Se observa la deposición de la plata metálica sobre el alambre. Fuente: @emiliomoron.

• Reacción de combinación entre un metal y un no metal: las sales también se pueden formar por reacción directa entre un elemento metálico y uno no metálico, por ejemplo, el calcio y el cloro se combinan para producir el cloruro de calcio, una sal utilizada como medicamento para tratar enfermedades ligadas a la deficiencia de calcio o con propósitos alimenticios, como darle mayor firmeza a la cuajada durante la elaboración de quesos^[2].

• Reacción entre dos sales: mediante una reacción de doble sustitución dos sales reaccionan intercambiando sus cationes, produciéndose así dos sales diferentes a las iníciales.

• Reacción entre un óxido con una base o un ácido: si un óxido reacciona con una base o con un ácido tendrá lugar la formación de una sal, por ejemplo cuando se hace reaccionar el óxido hipocloroso con hidróxido de sodio se puede obtener el hipoclorito de sodio (NaOCl); si, esta sustancia conocida en el hogar más como un blanqueador o como agente oxidante para potabilizar el agua es una sal.

¿Las sales pueden ser ácidas y básicas?

Si, las sales cuando se disuelven en agua, pueden reaccionar para producir iones H₃O⁺ u OH^-. Y en función de que tan fuerte actúe cada ion se producirán valores de pH variables, que les pudieran conferir un carácter ácido, básico o neutro.

Hay varios principios que nos dan referencia del tipo de sal que se obtendrá en una reacción.
Por ejemplo, la sal de mesa (NaCl) la podemos consumir sin ningún riesgo ya que es una sal neutra, esta sal que se deriva de la reacción de un ácido fuerte y una base fuerte no se hidroliza y el pH permanece neutro, es decir en 7. Esto se debe a que los haluros y los metales alcalinos al disociarse en la solución no afectan el potencial de hidrógeno, ya que el catión metálico no altera los iones H⁺ y tampoco el anión del no metal no arranca iones H⁺ del agua.

En general se puede decir que las sales que contienen un halógeno (excepto el F^-) y un metal alcalino (excepto Be) forman sales neutras. Además del NaCl, podemos ingerir de forma segura otros cloruros, por ejemplo, la sal de sodio es necesaria para el organismo pero su uso en exceso puede derivar en problemas como la hipertensión, por ello existen opciones para salar las comidas con condimentos bajos en sal, que no son otra cosa que condimentos que equilibran el contenido de sal con cloruro de potasio, KCl. En varios estudios se ha propuesto la sustitución parcial del NaCl por otras sales como KCl, MgCl₂ o CaCl₂ para el curado de alimentos como jamones y quesos^[3]. Otra sal binaria tolerada por el organismo es el Yoduro de sodio (NaI), la cual es muy utilizada en medicina para tratar patologías de tipo tiroideas^[4].

Ingredientes de un producto comercializado como bajo en sal. Fuente: @emiliomoron.

Ahora bien, cuando reacciona una base fuerte con un ácido débil, se produce una sal que se hidroliza, lo que le da a la solución un pH mayor a 7, es decir de carácter básico. Lo que ocurre en este caso es que el anión de la sal, derivado del ácido débil es capaz de aceptar un protón del agua, haciendo que el agua actúe como un ácido en la reacción liberando el ion hidroxilo, OH^-. El catión, que proviene de una base fuerte, un metal alcalino o alcalino terreo no se hidroliza, por lo que actuará como un ion espectador y no alterará el pH de la solución.

Por ejemplo, cuando reacciona el ácido acético (un ácido débil) con el hidróxido de sodio forma la sal acetato de sodio. Esta sal se disocia produciendo el ion acetato (CH3COO^-) y el ion sodio (Na⁺) según la siguiente reacción:

El ion sodio al ser el ácido conjugado de una base fuerte actuará como un ácido débil, por lo que no tiene tendencia a aceptar iones OH^- y regenerar la base NaOH. En cambio, el ion acetato al ser la base conjugada de un ácido débil actuará como una base fuerte y tenderá a aceptar protones y regenerar el ácido.

En el proceso se liberan iones OH^- que modifican el pH de la solución, dándole el carácter básico.

Por otro, cuando reacciona una base débil con un ácido fuerte, las sales producto de la reacción se hidrolizan conduciendo a que la solución presente un pH inferior a 7, dándole un carácter ácido. Esto se debe a que el catión de la base débil es capaz de donar un protón al agua, formando iones hidronio. Por ejemplo, cuando se disocia el cloruro de amonio, produce aniones cloro y cationes amonio, estos últimos sufren hidrólisis al derivarse de una base débil:

Por lo que se puede decir que el cloruro de amonio es una sal ácida.

También son sales ácidas aquellas que se derivan de la sustitución parcial de los hidrógenos en un ácido poliprótrico . Digamos que en la reacción entre una base y un ácido poliprótico la neutralización no es completa, en la sal formada quedaran disponibles protones ácidos que en disolución pueden conducir a la obtención de medios con un pH inferior a 7.

Clasificación de las sales

Entones, según lo que hemos visto hasta ahora, podemos clasificar de forma general las sales de dos formas.

Clasificación de las sales. Fuente: @emiliomoron.

Importancia y aplicaciones de las sales

De forma general, todos tenemos conocimiento de la importancia de las sales, son básicas para el funcionamiento del metabolismo animal y vegetal. En el organismo las sales son el vehículo para aportar electrolitos como iones de sodio, potasio, magnesio, cinc y calcio entre otros, indispensables para la formación de tejidos y recuperación de estructuras orgánicas. Por lo que en la preparación de medicinas y alimentos han encontrado grandes aplicaciones.

Pero no para allí, hoy día las sales tienen una importancia tecnológica relevante, por citar la utilización de acuíferos altamente salinos para el secuestro del CO₂ a grandes profundidades, una tecnología muy discutida en este momento, pero también podemos mencionar la explotación de salmueras para la obtención de metales pesados, actinidos y sales de litio^[5], este último como sabemos tiene una gran demanda para la fabricación de baterías de litio, no solo para equipos móviles, sino también vehículos y muchas otras aplicaciones. Las sales también tienen algunas aplicaciones que resultan hoy día controversiales, como la utilización de antiguas minas de sal para almacenar desechos tóxicos o utilizar formaciones geológicas de sal para almacenar desechos nucleares^[6].

Pilas de sal en el salar de Uyuni, Bolivia. Se estima una concentración promedio de 500 a 600 ppm de Li⁺/L en la salmuera. Fuente de la imagen: Wikimedia commons, imagen con licencia CC-BY-SA-2.5

Aunque algunas sales son incoloras o en polvo tienen un aspecto blanco como el cloruro de sodio, muchas otras sales exhiben llamativos colores, como el naranja del dicromato de potasio o al azul del sulfato de cobre; esta diferencia de colores se debe a las deformaciones que producen los electrones desapareados del elemento metálico en los orbitales atómicos, gracias a estas diferencias se utilizan una gran variedad de sales metálicas para producir y darle su atractivo a los fuegos artificiales, y también producir pigmentos de diferentes colores.

El color de los fuegos artificiales se explica con química y es gracias a las sales. Fuente: pixnio.com, imagen con licencia CC0.

Mediante la electrólisis de sales se pueden obtener y purificar muchos metales activos y otros compuestos de interés, por ejemplo, por medio de la electrolisis del cloruro de sodio se obtiene una disolución de hidróxido de sodio e hidrogeno (H₂) y cloro (Cl₂) de forma gaseosa; siendo este el proceso de mayor importancia comercial para obtener estas tres sustancias.

Electrólisis del cloruro de sodio, esquema que ilustra la celda (izquierda) y reacción (derecha), se puede observar en los electrodos el desprendimiento de burbujas (hidrógeno) y de un gas verdoso (cloro). Fuente: @emiliomoron.

Por ello, cualquiera que sea la aplicación, se requiere un conocimiento muy amplio de la solubilidad, el comportamiento de las fases y sus equilibrios en solución, así como de la cinética implicada para alcanzar estos equilibrios.

Referencias

1. Wikipedia.com. Sal (química).
2. Wikipedia.com. Cloruro de calcio
3. Pymeslacteas.com Las alternativas al uso de sal en el queso
4. Ecured.com Yoduro de sodio
5. Voigt, W. (2011). Chemistry of salts in aqueous solutions: applications, experiments and theory. Pure Applied Chemistry, vol. 83, Nº5, pp: 1015-1030.
6. Depósitos para residuos nucleares: ¿una utopía?

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