Gatz (kimika)

Kimikan, gatza katioi eta anioi multzo batez osatutako konposatu kimiko oro da, karga elektriko neto neutroa duenaIUPAC. Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book"). Compiled by A. D. McNaught and A. Wilkinson. Blackwell Scientific Publications, Oxford (1997). Online bertsioa (2019-) S. J. Chalk-ek sortua. ISBN 0-9678550-9-8. https://doi.org/10.1351/goldbook. eta karga elektriko garbirik gabeko konposatu bat (elektrikoki neutroa) sortzen duena. Gatzak lortzeko modu ohikoena, azidoen eta baseen arteko neutralizazio erreakzioa da. 

Gatz bat osatzen duten ioiak ez-organikoak izan daitezke, hala nola kloruroa (Cl−), edo organikoak, adibidez, azetatoa (). Ioi bakoitza monoatomikoa izan daiteke (ioi sinplea deitua), hala nola sodioa (Na+) eta kloruroa (Cl−) sodio-kloruroan, edo poliatomikoa, hala nola amonio ioiak () eta karbonatoa () amonio karbonatoan. Ioi basikoak dituzten gatzak, hidroxidoa (OH−) edo oxidoa (O2−), base gisa sailkatzen dira, hala nola sodio hidroxidoa eta potasio oxidoa.

Gatz baten barruko ioi indibidualek, normalean, hainbat bizilagun izaten dituzte; beraz, ez dira molekulen partetzat hartzen, baizik eta hiru dimentsioko sare jarraitu baten parte. Gatzek, egitura solidoan, egitura kristalinoak eratzen dituzte.

Ioi txikiz osatutako gatzak urtze- eta irakite-puntu altuak izaten dituzte normalean, eta gogorrak eta hauskorrak dira. Egoera solidoan, ia beti isolatzaile elektrikoak dira, baina, urtzen edo disolbatzen direnean, oso eroale bihurtzen dira ioiak mugikorrak bihurtzen direlako. Gatz batzuek katioi handiak, anioi handiak edo biak dituzte. Haien propietateei dagokienez, espezie horiek, askotan, konposatu organikoen antzekoagoak dira.

Aurkikuntzaren historia
1913an, William Henry Bragg-ek eta bere seme William Lawrence Braggek sodio kloruroaren egitura zehaztu zuten. Horrek agerian utzi zuen atomo bakoitzeko sei ondoko hurbilen zeudela distantzia berera; beraz, egiaztatzen zuen osagaiak ez zeudela molekula edo agregatu finituetan antolatuta, baizik eta sare gisa ordena kristalino luze batekin.

Halaber, aurkitu zen beste konposatu ez-organiko askok ere antzeko ezaugarri estrukturalak zituztela. Konposatu horiek laster deskribatu ziren ioiez osatutako gisa eta ez atomo neutroez, baina hipotesi horren froga ez zen aurkitu 1920ko hamarkadaren erdialdera arte, X izpien islapen esperimentuak (elektroien dentsitatea detektatzen dutenak) egin zirenean.

Kristal ionikoen egitura teorikoen garapenean ekarpen nagusiak egin zituztenak izan ziren: Max Born, Fritz Haber, Alfred Landé, Erwin Madelung, Paul Peter Ewald eta Kasimir Fajans. Bornek kristal-energiak iragarri zituen osagai ionikoen hipotesian oinarrituta, eta horrek bat egiten zuen neurketa termokimikoekin, hipotesia are gehiago babestuz.

 Sorkuntza 
alt=White crystals form a mineral sample of halite, shown against a black background.|thumb|Halita, sodio kloruroaren mineral forma, ur gazia lurruntzen denean sortzen da ioiak atzean utziz.
Metal askok, hala nola alkalinoek, zuzenean halogeno elektronegatiboekin erreakzionatzen dute gatzak sortzeko.

Gatzak beren disoluzioak lurruntzean sortzen dira, disoluzioa gain-asetu eta konposatu solidoa nukleatzen denean. Prozesu hori oso zabalduta gertatzen da naturan, eta ebaporita mineralen eraketaren bitartekoa da.

Gatz disolbaezinak bi disoluzio nahastuz prezipitatu daitezke, bata katioiarekin eta bestea anioiarekin. Disoluzio guztiak elektrikoki neutroak direnez, nahasten diren bi disoluzioek kontrako kargako kontra-ioiak ere izan behar dituzte. Horiek prezipitatutako gatza ez kutsatzeko, garrantzitsua da ziurtatzea ez dutela prezipitatzen ere. Bi disoluzioek hidrogeno ioiak eta hidroxido ioiak kontra-ioi gisa badituzte, elkarren artean erreakzionatuko dute azido-base erreakzio edo neutralizazio batean ura sortzeko. Bestela, kontra-ioiak aukeratu daitezke ziurtatzeko, disoluzio bakarrean konbinatuta ere, ioi ikusle gisa disolbagarriak izaten jarraituko dutela.

Disolbatzailea ura bada, izan lurruntze edo prezipitazio bidezko eraketa-metodoan, kasu askotan, sortutako kristal ionikoak ere badu kristalizazio-ura; beraz, produktua hidrato gisa ezagutzen da, eta propietate kimiko oso desberdinak izan ditzake material anhidroarekin alderatuta.

Gatz urtuak solidotu egiten dira izozte-puntuaren azpitik hoztean. Batzuetan, erreaktibo solidoetatik gatz konplexuen sintesi solidorako erabiltzen da hori, zeinak lehen elkarrekin urtzen diren. Beste kasu batzuetan, ez da beharrezkoa erreaktibo solidoak urtzea, baizik eta erreakzio-bide solido baten bidez erreakziona dezakete. Metodo horretan, erreaktiboak behin eta berriz ehotzen dira pasta bat osatu arte, eta, gero, tenperatura batera berotzen dira, non ondoko erreaktiboen ioiak elkarrekin difusio egin dezaketen erreaktibo-nahasketa labean dagoen bitartean. Beste bide sintetiko batzuek ioi ez-lurrunkorren proportzio estekiometriko egokia duen aitzindari solido bat erabiltzen dute, eta hori berotzen da beste espezie batzuk kanporatzeko.

Metal oso erreaktiboen (normalean 1. taldekoak edo 2. taldekoak) eta halogeno gas oso elektronegatiboen edo uraren arteko erreakzio batzuetan, atomoak elektroi transferentziaren bidez ionizatu daitezke, Born-Haber zikloa erabiliz termodinamikoki ulertzen den prozesua.

Gatzak ondorengo erreakzio kimikoen bidez sortzen dira:

 Base eta azido baten arteko erreakzioa, adibidez, NH3 + HCl → NH4Cl
 Metal eta azido baten arteko erreakzioa, adibidez, Mg + H2SO4 → MgSO4 + H2
 Base eta anhidrido azido baten arteko erreakzioa, adibidez, 2 NaOH + Cl2O → 2 NaClO + H2O
 Azido eta anhidrido basiko baten arteko erreakzioa, adibidez, 2 HNO3 + Na2O → 2 NaNO3 + H2O
 Bestalde, gatz ezberdinen disoluzioak nahasiz ere sor daitezke, haien ioiak birkonbinatu egiten baitira, eta sortuko den gatza disolbaezina izango da, adibidez:  Pb(NO3)2 (aq) + Na2SO4 (aq) → PbSO4 (s) + NaNO3 (aq)
 Erredox erreakzioak: Na (s) + 1/2 Cl2 (g) → NaCl (s)

Lotura

300px|thumb|right|Sodio eta fluor atomoen geruza elektronikoen diagrama eskematikoa, zeinak erredox erreakzio bat jasaten duten sodio fluoruroa sortzeko. Sodioak kanpoko elektroia galtzen du konfigurazio elektroniko egonkorra emateko, eta elektroi hori fluor atomoan sartzen da exotermikoki. Kontrako karga duten ioiek –normalean asko– elkar erakartzen dute solido bat osatzeko.
Gatzetako ioiak elkartzen dituzte, batez ere: gorputz horien karga-banaketaren arteko indar elektrostatikoek eta, bereziki, anioien karga negatibo garbiaren eta katioien karga positiboaren arteko Coulomb erakarpen luzetik sortzen den lotura ionikoak. Badago, hala ere, Van der Waals-en interakzioetatik datorren erakarpen-indar txiki bat ere, ioi txikien kohesio-energiaren % 1-2 inguru baino ez duena laguntzen.[19] Ioi bikote bat kanpoko elektroi-geruzetatik (ioi sinple gehienek geruza itxiak dituzte) gainjartzeko bezain hurbil dagoenean, Pauli-ren esklusio-printzipioari dagokion distantzia laburreko aldentze-indar bat gertatzen da, Indar horien arteko orekak energia minimoa duen balizko energiadun putzu baterantz darama nukleoak oreka-distantzia espezifiko batez bereizita daudenean.

Elkarrekintzan dauden bi gorputzen egitura elektronikoa kaltetzen bada elkarren presentziagatik, elkarrekintza kobalenteek (ez-ionikoek) eratutako konposatuaren energia orokorrean ere laguntzen dute. Gatzak gutxitan dira guztiz ionikoak; hau da, indar elektrostatikoek soilik eusten dituzte elkarri lotuta. Pare elektronegatiboenen/elektropositiboenen arteko loturek ere, hala nola zesio fluoruroarenak, kobalentzia maila txikia erakusten dute. Alderantziz, atomo desberdinen arteko lotura kobalenteek karga-bereizketa erakusten dute askotan, eta izaera ioniko partziala dutela kontsidera daiteke. Konposatu batek izaera ionikoa edo kobalentea izango duen inguruabarrak, izan ere, Fajans-en arauak erabiliz uler daitezke normalean, eta horiek ioi bakoitzaren kargak eta tamainak soilik erabiltzen dituzte. Arau horien arabera, izaera ioniko handiena duten konposatuek karga baxuko ioi positibo handiak izango dituzte, karga handidun ioi negatibo txiki bati lotuta. Oro har, HSAB teoria (Azido-base gogor-biguna teoria) aplika daiteke, non izaera ioniko handiena duten konposatuak azido gogorrez eta base gogorrez osatutakoak diren: ioi txiki eta karga handikoak eta anioiaren eta katioiaren arteko elektronegatibotasun-alde handia dutenak. Elektronegatibotasun-alde honek esan nahi du karga-bereizketa eta ondoriozko dipolo-momentua mantentzen direla ioiak kontaktuan daudenean ere (anioien gaineko elektroi gehiegizkoak ez dira transferitzen edo polarizatzen katioiak neutralizatzeko).

Kimikariek lotura mota idealizatuak ioniko edo kobalente gisa sailkatzen dituzten arren, beste mota batzuk egoteak, hala nola hidrogeno loturak eta lotura metalikoak, zientziaren filosofo batzuk loturak ulertzeko beste ikuspegi batzuk behar direla iradokitzera eraman ditu. Hori egin liteke mekanika kuantikoa aplikatuz lotura-energiak kalkulatzeko.

 Gatz motak 
Era askotan sailka daitezke gatzak. Uretan disolbatzean hidroxilo ioiak askatzen dituzten gatzei, alkali gatz deritze. Produktu azidoak sortzen dituzten gatzei, aldiz, gatz azido deritze. Baseak edo azidoak ez diren gatzei, gatz neutral izena ematen zaie. Zwitterion-ek, molekula berean, zentro anioiko eta katioiko bat dute, baina ez dira gatz gisa hartzen. Zwitterionen adibideak hurrenak dira: amino azidoak, metabolitoak, peptidoak eta proteinak.

 Sailkapena 
Ondorengo taldetan sailkatzen dira gatzak:Martínez Lorenzo, Antonio (1997). Formulación química IUPAC. Editorial Bruño. ISBN 84-216-0874-6. (gaztelaniaz)

 Gatz hidrazidoak: Haloideak edo bitar neutroak, metal batez eta metala ez den batez osaturiko konposatu bitarrak dira; ez dute bestelako elementurik. Adibideak: sodio kloruroa (NaCl), burdina (III) kloruroa (FeCl3), burdina (II) sulfuroa (FeS).
 Gatz oxoazidoak: Oxoazidoak, hidrogeno guztiak ordezkatzen dira. Adibidez: sodio hipokloritoa (NaClO).
 Gatz azidoak: Hidrogeno ordezkagarri bat eta, gutxienez, katioi metaliko bat dutenak dira. Aipatu beharra dago zenbait anioi inorganikok ordezkatzeko zailak diren hidrogenoak eduki ditzaketela. Adibidez: sodio hidrogenokarbonatoa (sodio bikarbonatoa izenez ezagunagoa, NaHCO3). Konposatu hori oxigeno batekin elkartuta badago eta +1 oxidazio-egoera badu, anioi hori duten gatzak ezin dira gatz azidotzat hartu.
 Gatz basikoak edo hidroxigatzak: Hidroxido ioia dutenak dira (OH-), gainera, beste anioiak ere badituzte. Adibidez: burdin (III) hidroxikarbonatoa (Fe(OH)CO3).
 Gatz bikoitzak: Hidrogenoak, gutxienez, bi katioik ordezkatzen dituzte. Adibidez: potasio eta litioaren karbonato bikoitza (KLiCO3).
 Gatz mistoak: Anioi desberdinak dituzte. Adibidez: kaltzio kloruro-fluoruroa (CaClF), potasio kloruro-fluoruroa (K4ClPO4), burdina (III) nitrato-sulfatoa (Fe(NO3)SO4).
 Oxigatzak: Gatz baten eta oxido baten elkarketatik sortuak. Adibidez: berun (IV) oxinitratoa (PbO(NO3)2), kobalto (III) oxikloruroa (CoOCl).
 Gatz hidratatuak: Egitura kristalinoan ur molekulak dituzten gatzak. Adibidez: berun (III) oxido erdi hidratatua (PbO·½H2O), kaltzio sulfato dihidratatua (CaSO4·2H2O).

 Nomenklatura 
Nomenklatura tradizionala jarraituz, gatzak euskaraz katioiaren izenarekin hasten dira, ondoren anioiaren izena txertatzen zaie. Alabaina, gatz mota ugari izanik, bakoitzaren izendapenean berezitasunak daude:

 Hidrazido gatzetan, anioiaren jatorrizko -hidriko atzizkia -uro atzizkiarekin ordezkatzen da. Adibidez, NaCl sodio kloruroa da, eta, bertan, kloro anioia azido klorhidrikotik (HCl) dator, baina, gatza izendatzean, -hidriko atzizkia -uro atzizkiak ordezkatzen du.
 Oxoazido gatzetan, anioiaren -oso edo -iko oxoazidoaren jatorrizko atzizkiak -ito edo -ato atzizkiek ordezkatzen dituzte, kasuaren arabera. Adibidez, Ca3(PO4)2 kaltzio fosfatoa da; bertan, PO43- anioia azido fosforikotik (H3PO4) dator. Anioi horren fosoforo atomoaren balentzia posibleak -3 eta -5 dira, kasu horretan, handiena (-5) baliatzen duenez, -ato atzizkia ipintzen zaio oxoazidoari.Balentziaren araberako atzizki eta aurrizkiak: Molekula oro izendatzerakoan, molekulako atomo zentralaren balentzia kontuan hartzen da, eta, horrek hainbat balentzia ditu, atzizki desberdinak jasoko dituzten atomo zentral bera duten molekulek, baliatzen den balentziaren araberakoak.* Atomo zentralak balentzia bakarra badu, -iko edo -ato atzizkiak jasoko ditu molekulak. Adibidez, Li2O Oxido litikoa.* Atomo zentralak balentzia txikiena baliatzen badu eta 3 edo 4 balentzia baditu, hipo- eta -oso edo -ito atzizkiak gehituko zaizkio, molekula motaren arabera. HClO azido hipoklorosoa.* Atomo zentralak balentzia handiena baliatzen badu eta 4 balentzia baditu, -per eta -iko edo -ato atzizkiak gehituko zaizkio, molekula motaren arabera. HClO4 Azido perklorikoa.* Baliatzen duen balentziaren arabera, txikienetik handienera, ondorengo atzizkiak gehitzen zaizkio: 4 balentzia baditu molekulak; 3 baditu per- ez da erabiltzen eta birekin ez per- eta ezta hipo- aurrizkia ere: hipo- eta -oso/-ito < -oso/-ito < -iko/-ato < per- eta -iko/-ato.Sakontzeko, ikus: Nomenklatura kimikoa.
 Gatz azidoetan (azido poliprotikoetatik datozen gatzak, hidrogeno atomo ordezkagarriak dituztenak), molekulan geratzen diren hidrogeno ordezkaezinen kopuruaren arabera izendatzen dira, dagokion aurrizkia erabiliz. Adibidez, sodio hidrogeno-sulfuroan (NaHS) anioia HS- da, azido sulfhidrikotik datorrena; ikusten denez, sodio hidrogeno-sulfuroak hidrogeno atomo bakarra mantentzen du; bi mantenduko balitu, dihidrogeno-sulfuro izena jasoko luke.
 Gatz basikoetan (hidroxilo ioiak dituzten gatzak, OH-), lehenik metalaren izena ipintzen da, eta, horren ondoren, hidroxido izena, hidroxilo-talde kopuruaren arabera jasotzen duen aurrizkia ipiniz, azkenik ez metalaren izena ipintzen da -uro atzizkiarekin. Adibidez, MgCl(OH) magnesio hidroxikloruroa da.
 Gatz hidratatuak (kristalizazio ura dutenak), osagaitzat duten gatzaren izena eta ur hidratatzaile kopuruari dagokion izena batuz izendatzen dira.

 Ohiko anioi eta katioiak 
Hurrengo katioiak dira gatzetan sarritan agertzen direnak:

 Amonioa NH4+
 Kaltzio ioia Ca2+
 Burdina ioiak Fe2+ eta Fe3+
 Magnesio ioia Mg2+
 Potasio ioia K+
 Piridina C5H5NH+
 Amonio kuaternarioa NR4+
 Sodio ioia Na+
 Oxonio edo hidronioa H3O+

Hurrengo anioiak sarritan agertu ohi dira gatzetan:

 Azetatoa CH3COO− (azido azetikoa)
 Karbonatoa CO32− (azido karbonikoa)
 Kloro anioia Cl− (azido klorhidrikoa)
 Zitratoa HOC(COO−)(CH2COO−)2 (azido zitrikoa)
 Zianuroa C≡N− (azido zianhidrikoa)
 Nitratoa NO3− (azido nitrikoa)
 Nitritoa NO2− (azido nitrosoa)
 Fosfatoa PO43− (azido fosforikoa)
 Sulfatoa SO42− (azido sulfurikoa)

 Ezaugarriak 

 Kolorea 
Gatz solidoak, normalean, gardenak dira, adibide gisa jar dezakegu sodio kloruroa. Alabaina, sarritan, itxurazko gardentasun edo opakotasun hori kristala osatzen duten monokristalen tamainaren desberdintasunaren araberakoa da soilik. Argia aleen muturretatik islatzen denez (kristalitoen arteko muturretatik), kristala zenbat eta handiagoa izan, orduan eta gardenagoa izango da; horregatik, agregatu polikristalinoek (kristal txikiek) hauts zuriak dirudite.

Gatzek kolore ugari izan ditzakete, anioi eta katioietatik sortzen direnak. Adibidez:

 Sodio kromatoa horia da, bere kromato ioiarengatik.
 Potasio dikromatoa laranja da, potasio dikromato ioiak eraginda.
 Kobalto nitratoa gorria da, kobalto (II) hidratatuaren kromoforoak eraginda, zeinaren formula honakoa den: [Co(H2O)6]2+
 Kobre sulfatoa urdina da, kobre (II) kromoforoak eraginda.
 Potasio permanganatoak kolore morea du, permanganato anioiak bezalaxe.
 Nikel kloruroa berdea izan ohi da.
 Sodio kloruroa eta heptahidratatutako magnesio sulfatoa kolorerik gabekoak edo zuriak dira, osagaitzat dituzten anioi eta katioiek ez dutelako argiaren espektro ikusgaian xurgatzen.

Zenbait mineral uretan disolbagarriak direnez, gatz gisa hartzen dira. Pigmentu inorganikoak ez dira gatzak izan ohi, eta zenbait tindu organiko gatzak dira, nahiz eta birtualki disolbaezinak izan uretan.

 Zaporea 
Gatz ugarik bost zapore arruntak eragin ditzakete, adibidez, gazitasuna (sodio kloruroa), gozotasuna (burdin diazetatoa, zeinak burdinak sortutako pozoitzea eragiten duen irentsiz gero), garraztasuna (potasio bitartratoa), mingostasuna (magnesio sulfatoa) eta umamia (monosodio glutamatoa).

 Usaina 
Azido edo base indartsuez osaturiko gatzak (gatz indartsuak) ez dira lurrunkorrak, eta, beraz, ez dute usainik. Alabaina, base edo azido ahulez osaturiko gatzek (gatz ahulak) azido konjugatuaren usain bera izan dezakete (adibidez, azetatoek azido azetikoak bezala usaintzen dute; hau da, ozpinaren usaina dute); zianuroek, berriz, azido zianhidrikoak bezala usaintzen dute (arbendol usaina); base konjugatuak bezala ere usain dezakete; hala nola amonio gatzek amoniakoak bezala usaintzen dute. Deskonposaketa partzial motel hori uraren presentziarekin azeleratu egin ohi da, hidrolisia gatz ahulen eraketaren erreakzioaren ekuazio itzulgarriaren beste zatia delako.

 Disolbagarritasuna 
Kristal ioniko askok disolbatzeko gaitasun handia dute ura gisako disolbatzaile polarretan. Gatzetan, molekuletan ez bezala, disolbatzen den kristala osagai anioiko eta katioikoetan disoziatzen da. Sare-energiak (kristala osatzen duten ioien arteko energia erakarleak) zehazten du kristal ionikoaren disolbagarritasuna. Gatzak disolbatzaile polarretan soilik disolba daitezke, eta disolbatzailearen solbatazio-energiak kristalaren sare-energia gainditzen badu abiaraziko da disolbatzea. Sare-energia Born-Landé eta Born-Haber ekuazioek zehazten dute. Sare-energia hori uraren solbatazio energia baino ahulagoa da sodio, potasio eta amonio gatzetan; hortaz, disolbagarriak dira. Badira ordea salbuespenak, adibidez, amonio hexakloro-platinatoa eta potasio kobalto-nitritoa. Nitrato eta sulfato gehienak disolbagarriak dira uretan. Salbuespenen artean ditugu bario sulfatoa, kaltzio sulfatoa (oso gutxi disolbatzen da) eta berun (II) sulfatoa; izan ere, kristal horietan, 2+/2- ioi-bikoteek sare-energia indartsuak eragiten ditu. Antzeko arrazoiengatik. alkali metal karbonato gehienak ez dira disolbagarriak uretan. Badira zenbait karbonato gatz disolbagarri, alabaina: sodio karbonatoa, potasio karbonatoa eta amonio karbonatoa.

 Eroankortasuna 
Gatzak isolatzaileak dira egoera solidoan; urtuta edo disolbaturik ordea, elektrizitatea eroan dezakete. Hortik jasotzen dute elektrolitoek izena, zeinak likidotutako gatzek edo disolbaturiko gatzak dituzten disoluzioek osatzen dituzten.

 Urtze-puntua 
Gatzek urtze-puntu altua dute; adibidez, sodio kloruroaren urtze-puntua 801 °C da. Sare-energia ahula duten gatz batzuk likidoak edo ia likidoak dira giro-tenperaturan. Talde horretan ditugu gatz urtuak izena jasotzen dutenak, zeinak, gehienetan, gatzen nahasketak diren; gatz ioniko likidoak ere talde horretakoak dira; horiek katioi organikoak eduki ohi dituzte. Likido horiek, disolbatzaile moduan jarduten dutenean, aparteko ezaugarriak dituzte.

 Ezaugarri kimikoak 
Propietate kimikoak katioi eta anioien propietateek edo horien zati batek zehazten dituzte.

Gatzek azidoekin eta oinarriekin erreakzionatzen dute erreakzio-produktua eta gas prezipitatua edo ura gisako substantzia bat lortuz.

Gatzek metalekin erreakzionatzen dute metal-gatzetik askatzen denean erreaktibotasun-serie elektrokimiko batean:

Gatzek elkarren artean eta erreakzioaren ondoriozko produktuaren artean erreakzionatzen dute (gasa sortzen dute, eta jalkinak edo ura prezipitatzen dute); erreakzio horiek atomo erreaktiboen oxidazio-egoeren aldaketarekin gerta daitezke:

Gatz batzuk deskonposatu egiten dira berotzen direnean:

 Oharrak 

 Erreferentziak 

Bibliografia

 Kanpo estekak 

Kategoria:Konposatu kimikoak
Kategoria:Gatzak
Kategoria:Alkimiako substantziak
Kategoria:Ioiak