En chimie, on appelle sel un composé, neutre électriquement, constitué d'un anion (ion négatif) et d'un cation (ion positif) reliés ensemble par une liaison ionique, c'est-à-dire essentiellement électrostatique. Les ions qui composent un sel peuvent être :

• minéraux, monoatomiques comme l'ion chlorure Cl^- ou polyatomiques comme l'ion sulfate SO₄^--,
• organiques comme l'ion carbonate CO₃^--.

Il existe des sels doubles, voire triples. Le feldspath de potassium KAlSi₃O₈ comporte un anion silicate porteur de deux charges négatives associé à un cation aluminium Al⁺ et un cation potassium K⁺. La dolomiteCaMg(CO₃)₂ comporte deux anions carbonates, un cation calcium Ca⁺⁺ et un cation magnésium Mg⁺⁺.

Un sel peut être obtenu de plusieurs façons :

• en faisant agir un acide sur une base ou un acide sur un métal. On obtient par exemple du chlorure d'ammonium NH₄Cl par réaction de l'acide chlorhydrique avec de l'ammoniac et du sulfate de magnésium MgSO₄ par réaction de l'acide sulfurique avec du magnésium ;
  
• en faisant agir une base sur un anhydride acide ou un acide sur un anhydride basique.

Nota : Un anhydride est un composé organique obtenu par déshydratation. Un anhydride carboxylique, par exemple, est obtenu par déshydratation de deux molécules d'acide carboxylique :

On fait couramment la distinction entre sels binaires (ou sels d'hydracides) et sels ternaires (ou sels d'oxacides). Un sel binaire est obtenu à partir d'un hydracide, un acide composé d'un non-métal associé à un ou plusieurs atomes d'hydrogène (formule générique est HX). Le chlorure de sodium NaCl, le fluorure de magnésium MgF2 ou le chlorure de calcium CaCl₂ sont des sels binaires. Le fluorure de magnésium, par exemple, est obtenu en faisant réagir du fluorure d'hydrogène HF avec de l'hydroxyde de magnésium Mg(OH)₂ :

Un sel ternaire est obtenu à partir d'un oxacide ou d'un anhydride d'acide. Un oxacide associe un ou plusieurs atomes d'hydrogène à un élément, métallique ou non, fortement oxydé (formule générique HXO). Le sulfate de magnésium MgSO₄, le bicarbonate de soude Na₂CO₃ ou le chromate de plomb PbCrO₄ sont des sels ternaires. Le sulfate de magnésium, par exemple, est obtenu en faisant réagir de l'acide sulfurique H₂SO₄ avec de l'hydroxyde de magnésium :

Remarque : les règles de nommage des sels ternaires et des esters sont les mêmes. Il y a cependant une différence fondamentale entre sels et esters. Un ester est obtenu par condensation d'un acide carboxylique ou d'un oxacide avec un alcool et la liaison qui en résulte est covalente. Le nitrate de méthyle CH₃NO₃ est l'ester de méthyle de l'acide nitrique. Le nitrate de méthyle a pour formule développée H₃C-O-NO₂. L'un des atomes d'oxygène du groupe nitrate est porteur d'une liaison covalente avec le groupe méthyle. Par contre, le nitrate d'argent AgNO₃ est un sel et sa formule développée est Ag⁺[NO₃]^-. La liaison entre cations Ag⁺ et anions NO3^- est ionique et le nitrate d'argent se dissout aisément dans l'eau.

Propriétés physiques

Les sels, du fait de leur caractère polaire, forment en général des cristaux solides, transparents ou opaques et de couleur très variée. Leur saveur n'est pas nécessairement salée : certains sels sont amers, d'autres sucrés ou acides...

Les cristaux de sel présentent le même type de structures que les cristaux covalents (cubiques centrés, cubiques à faces centrées, hexagonaux...) mais ils sont de nature tout à fait différente. Dans un cristal covalent, les atomes sont reliés les uns aux autres par des orbitales communes. Dans un cristal salin, ce sont des forces électrostatiques qui relient les ions entre eux. La calcite par exemple est un cristal de carbonate de calcium Ca²⁺CO₃^2-. La calcite n'est pas composée de molécules CaCO₃. Dans le réseau cristallin formé par la calcite, les cations Ca²⁺ et les anions polyatomiques CO₃^2- sont positionnés de façon à ce que les forces électrostatiques qui s'appliquent sur chacun d'eux s'équilibrent. La cohésion du cristal qui résulte de ces forces est très variable. Si le sel de table ou le calcaire s'écrasent facilement, le corindon (cristal d'alumine anhydre Al₂O₃) est quant à lui très dur. Sous sa forme rocheuse, le corindon porte le nom d'émeri, une pierre connue pour ses propriétés abrasives.

La solubilité des sels est très diverse et dépend de l'énergie de liaison entre anions et cations. Le chlorure de sodium se dissout complètement dans l'eau alors que l'oxalate de calcium CaC₂O₄ est pratiquement insoluble (il est à l'origine des lithiases, autrement appelées calculs rénaux). Les solutions de sels dans l'eau sont conductrices : elles rentrent dans la catégorie des électrolytes. Lorsque la solution saline est saturée, il se produit un phénomène de précipitation : il y a formation de cristaux dispersés dans la solution saline aqueuse.

Les sels ont de très nombreuses applications, alimentaires ou pour la conservation, sous forme de détergent (l'hypochlorite de sodium NaClO en solution aqueuse est plus connu sous le nom d'eau de javel), dans l'agriculture (le nitrate de sodium NaNO₃ est le composant de base des engrais nitratés), dans l'industrie chimique bien sûr mais aussi comme explosif (le salpêtre est du nitrate de potassium KNO₃)...

Le sel de la Terre

Le manteau terrestre (la couche intermédiaire entre le noyau Fer/Nickel et la croûte terrestre) est majoritairement constitué d'olivine et de pyroxène, deux sels minéraux de la famille des silicates.

La formule générique des olivines est XYSiO₄. Les cations X et Y présents dans les olivines les plus courants sont le fer Fe⁺⁺, le magnésium Mg⁺⁺, le manganèse Mn⁺⁺ ou le calcium Ca⁺⁺. La forstérite par exemple est une olivine qui a pour formule Mg₂SiO₄ et la kirchsteinite CaFeSiO₄. La formule générique des pyroxènes est XY(SiO₃)₂, les cations X et Y les plus courants étant le sodium Na⁺, le lithium Li⁺, le calcium Ca⁺⁺, le fer Fe⁺⁺, le magnésium Mg⁺⁺ ou le manganèse Mn⁺⁺.

On trouve bien sûr d'autres sels minéraux dans le manteau et dans la croûte. Des feldspaths par exemple. Le feldspath est un aluminosilicate, un silicate dans lequel certains atomes de silicium sont remplacés par des atomes d'aluminium pour former des anions AlO₄^5-. La pérovskite Al(Mg,Fe)SiO₃ est un autre exemple de sel présent dans le manteau et dans la croûte. Le nom de pérovskite est donné à une famille de sels minéraux dont la structure cristallographique est identique à celle du titanate de calcium CaTiO₃. Cette structure leur confère des propriétés particulières du point de vue photoélectrique et magnétique.

Métamorphisme et altération

La croûte terrestre présente une plus grande variété chimique que le manteau. En remontant au niveau de la croûte terrestre par subduction, certains matériaux du manteau subissent un processus métamorphique, une transformation liée à des conditions de température et de pression différentes de celles qui prévalaient lors de leur formation. Ils peuvent également subir une altération chimique, ou sédimenter au fond des océans par précipitation avant de remonter en surface du fait de la dérive des continents et des phénomènes de subduction.

Les géologues ont identifié plusieurs formes de métamorphisme en fonction du type de transformation et de la nature des processus qui les engendrent (processus magmatique, sédimentaire, choc, contact, surpression, dépression...). La serpentinisation, par exemple, conduit à la formation de serpentine, un minéral dont la formule générique est (Mg,Fe)₃Si₂O₅(OH)₄. Les amphiboles sont également des minéraux métamorphiques. Ils sont formés à partir d'anions Si4O₁₁(OH)^7- et de cations Fe⁺⁺, Ca⁺⁺ ou Mg⁺⁺. Le métamorphisme n'affecte pas que les silicates. Le marbre résulte de la transformation métamorphique de minéraux carbonatés (calcaires).

L'altération désigne les modifications des propriétés physico-chimiques des minéraux par des agents atmosphériques, par la circulation des eaux souterraines et sous l'effet des eaux thermales. L'argile provient de l'altération de feldspath ou d'autres minéraux de type phyllosilicate (en feuillets). Le talc provient quant à lui de l'altération de pyroxène ou plus généralement d'amphiboles.

Roches

Les roches présentes à la surface de la Terre sont des conglomérats de minéraux (en grande partie des sels minéraux) de nature diverse. La croûte océanique par exemple est constituée de basalte, une roche magmatique dans laquelle on trouve du feldspath, des pyroxènes, de l'olivine et un peu de magnétite (un oxyde de fer). Le gneiss est une roche métamorphique contenant du feldspath, du quartz (SiO2) et du mica, une famille de minéraux en feuillets (phyllosilicates) à base de silicate d'aluminium et de potassium. Le granite est une famille très étendue de roches magmatiques riches en incrustation de quartz. Le granite provient du lent refroidissement de roches magmatiques produites par la déformation des plaques continentales en collision ou par effet de cisaillement lors de la subduction. Les schistes sont composés principalement de phyllosilicates, de mica, de chlorite NaClO₂ et de talc.

La géographie telle que nous la connaissons est caractérisée par la présence de massifs que les géologues classent en fonction de leur constitution rocheuse. Les massifs karstiques, par exemple, sont constitués de roches carbonatées (principalement calcaires). La solubilité de ces roches conduit à l'existence de nombreuses grottes et rivières souterraines dans ce massifs. Les Dolomites, en Autriche et en Italie, ont donné leur nom à la dolomite CaMg(CO₃)₂. L'érosion des massifs granitiques résultant de la collision des plaques continentales conduit à l'existence de larges plateaux sur l'ensemble des continents (particulièrement en Australie et en Afrique). Le massif schisteux rhénan est un massif de moyenne montagne qui recouvre une partie de l'Allemagne et du nord-est de la France...