Открыть меню
Открыть персональное меню
Вы не представились системе
Your IP address will be publicly visible if you make any edits.

Кристаллогидраты

Материал из Выращивание кристаллов

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.

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.

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.

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