Ещё языки
Дополнительные действия
Основная статья: Кристаллогидраты.
Кристаллогидраты - кристаллы веществ, содержащие молекулы воды в своей кристаллической решетке. Такие кристаллы формируются в процессе кристаллизации водных растворов. В случае использования вместо воды других растворителей говорят не о гидратах, а о сольватах вещества.
Для формирования кристаллогидрата необходимо, чтобы вещество подвергалось диссоциации, его ионы притягивали молекулы растворителя силами электростатического взаимодействия, а также молекулы растворителя чтобы образовывали более прочные связи с катионом или анионом вещества, чем катионы и анионы друг с другом в растворе. Тогда при кристаллизации раствора молекулы растворителя вместе с катионами или анионами попадают в кристаллическую решетку вещества.
К примеру, при растворении сульфата меди(II) CuSO4 в воде, в растворе образуются катион меди(II) Cu2+ и сульфат-анион [SO4]2-. Но молекулы воды электростатически притягиваются к ионам меди, "обволакивают" их, из-за чего образуется комплексный катион гексааквамеди(II) [Cu(6H2O)]2+. При кристаллизации такого раствора, эти молекулы воды попадают в конечный кристалл вместе с ионами меди, образуя пентагидрат сульфата меди CuSO4 · 5H2O.
Если вещество не диссоциирует в растворе или же связь ионов с молекулами воды непрочная, то из раствора формируется кристалл не содержащий молекулы воды. Такие кристаллы называются безводными.
Гидраты
Под гидратами обычно подразумевают вещества, в которых содержится n молекул воды, (X · nH2O). Число молекул воды в кристалле обозначается его формуле, а также в названии гидрата (используются греческие или латинские префиксы):
- моногидрат (X · H2O)
- сесквигидрат (X · 1.5H2O)
- дигидрат (X · 2H2O)
- тригидрат (X · 3H2O)
- тетрагидрат (X · 4H2O)
- пентагидрат (X · 5H2O)
- гексагидрат (X · 6H2O)
- гептагидрат (X · 7H2O)
- октагидрат (X · 8H2O)
- нонагидрат (X · 9H2O)
- декагидрат (X · 10H2O)
- ундекагидрат (X · 11H2O)
- додекагидрат (X · 12H2O)
- и т.п.
Условия
Вещества могут образовывать сразу несколько различных кристаллогидратов при различных условиях. Обычно это связано с температурой раствора - к примеру, при нормальных условиях сульфат магния образует кристаллы гептагидрата MgSO4 · 7H2O, при нагревании до 48.4°C кристаллизуется гексагидрат MgSO4 · 6H2O, а при -2°C образуется ундекагидрат MgSO4 · 11H2O. Также причиной могут быть добавки других веществ - например, при добавлении в раствор больших количеств серной кислоты вместо гептагидрата сульфата никеля NiSO4 · 7H2O кристаллизуется гексагидрат NiSO4 · 6H2O. Серная кислота обладает водоотнимающими свойствами, и не дает части молекул воды переходить из раствора в кристалл.
-
Гептагидрат. Рост в течение месяцаСульфат никеля, Егор Казаков, ВКонтактеВКонтакте
-
Гексагидрат. Рост с добавлением серной кислоты (7мл концентрированной кислоты на 100мл раствора).Сульфат никеля, Владимир Семикин, ВКонтактеВКонтакте
Физические свойства
Разные кристаллогидраты образуют кристаллы с разными кристаллическими решетками. Это связано с тем, что из-за разного числа молекул воды ионы имеют разный размер, и это влияет на укладку частиц в кристаллической решетке, а значит и на форму конечного кристалла. Например, кристаллы пентагидрата и тетрагидрата сульфата марганца(II) значительно различаются по форме.
-
Выращены методом испарения при комнатной температуреСульфат марганца(II), Юрий Вашкович
-
Кристаллы тетрагидрата, выращенные при 26-29 °C. Получены перекристаллизацией вещества из химмага.Сульфат марганца(II), NeptuneQuartz, redditReddit
Также разное число молекул воды в ионе влияет на его цвет. Большинство безводных кристаллов солей имеют белый цвет или слабо окрашены, а гидратированные ионы придают им яркую окраску - например, насыщенно синюю окраску дают ионы гексааквамеди(II) [Cu(6H2O)]2+, зеленую окраску дают гексаакваникеля(II) [Ni(6H2O)]2+ и т.п.)
Химические свойства
С химической точки зрения, кристаллогидраты можно рассматривать просто как смесь исходного вещества и воды. При растворении что безводного вещества, что кристаллогидрата образуются один и тот же раствор с одними и теми же ионами.
Но из-за наличия в веществе дополнительных молекул воды, раствор становится более разбавленным. Поэтому при расчете количества веществ, необходимых для определенной реакции, нужно учитывать, что в кристаллогидратах основного вещества меньше, чем в безводном, поэтому реагентов по массе может потребоваться больше. Так, в 100 граммах пентагидрата сульфата меди(II) CuSO4 · 5H2O лишь 63.92 грамм непосредственно сульфата меди(II) CuSO4 (безводного вещества), а остальная масса является обычной водой.
Выветривание
Справочные данные: Вещество/Устойчивость к выветриванию.
Многие кристаллогидраты являются нестабильными на воздухе, и постепенно выветриваются. При этом из кристаллической решетки постепенно испаряются молекулы воды, улетучиваясь в окружающее пространство. В кристаллической решетке образуются пустоты, из-за чего она разрушается, а кристаллы превращаются в порошок безводного вещества.
-
Гептагидрат. Рост в течение 1 месяцаСульфат магния, Людмила Самохина, ВКонтактеВКонтакте
-
Выветривание кристаллов пентагидрата и тетрагидратаСульфат марганца(II), DrWim, redditReddit
Скорость выветривания различается у разных веществ. Обычно кристаллогидраты с меньшим числом молекул воды (дигидрат, тетрагидрат) выветриваются значительно медленнее других (гептагидрат, декагидрат и т.п.). При увеличении температуры или в очень сухом воздухе (например, рядом с водоотнимающими веществами) скорость выветривания значительно возрастает, и оно может начаться у тех гидратов, которые обычно ему не подвержены.
Есть различные способы предотвращения выветривания кристаллогидратов. В основном они основаны на уменьшении скорости испарения воды или на ее "запечатывании" в кристалле, более подробно см. хранение кристаллов.
Рекомендуемые материалы
Навигация
Теория | |
---|---|