Что такое гидраты? Определение, наименования и примеры. Гидраты это в химии.

Типичным примером является хлорид кобальта (II), который при гидратации меняет цвет с синего на красный и поэтому может быть использован в качестве индикатора воды.

Что такое гидраты? Определение, наименования и примеры

Что такое гидраты? Если вы изучаете химию, вам, вероятно, необходимо знать, что такое гидрат и какую роль он играет.

В этом руководстве вы найдете подробное объяснение гидратов. Сюда входит определение гидратов, три различных типа гидратов, правила, которые необходимо знать для наименования гидратов и записи их типов, а также общие примеры гидратов, о которых вы могли слышать.

Что такое гидраты?

Что такое гидрат? Гидрид — это соединение, которое поглотило молекулы воды из окружающей среды и включило их в свою структуру. Существует три типа гидратов: неорганические, органические и газообразные (или клатратные) гидраты.

• Неорганические гидраты: Молекулы воды в неорганических гидратах только слабо связан с компаундом, и нет никакой химической реакции. Молекула (и) воды может быть удалена из соединения довольно легко, например, путем нагревания. Неорганический гидрат, потерявший молекулы воды, известен как «безводный». Неорганические гидраты являются наиболее распространенным типом гидратов.

• Органические гидраты: Органический гидрат образуется, когда молекула воды добавляется к карбонильной группе альдегида или кетона. В органических гидратах молекулы воды химически прореагировали с соединением и связались с ним.

• Газовые гидраты: В газовых гидратах молекулы воды образуют рыхлый каркас вокруг молекулы газа, которым обычно является метан.

Большинство гидридов относятся к неорганическим гидридам и являются наиболее часто используемыми и изучаемыми. Остальная часть руководства посвящена в основном неорганическим гидратам.

Что такое система именования химии гидратов?

При составлении формул и наименовании неорганических гидридов необходимо соблюдать определенные правила. Поскольку молекулы воды не являются частью фактической структуры соединения, это влияет на способ написания химических формул неорганических гидратов. Пример формулы гидратации: $ CaCl_2 $ ⋅ $ 2H_2O $. Точка, отделяющая $ CaCl_2 $ от двух молекул воды, не является символом умножения. Это означает, что молекулы воды не связаны с соединением, и поэтому оно является гидратированным соединением.

Чтобы правильно назвать гидратированную соль, сначала дайте название соли. Вторая часть названия начинается с префикса. Префикс определяется количеством молекул воды в гидрате, которое, в свою очередь, определяется солью. Затем добавьте к префиксу слово «гидрат», чтобы получить полное название гидрата. В приведенной выше формуле это название гидрата — дигидрат хлорида кальция. Префикс «di» используется потому, что он содержит две молекулы воды.

Ниже приведены префиксы для различных чисел молекул воды.

Вот несколько примеров типов гидратирующих соединений вместе с их названиями, чтобы помочь вам понять названия гидратирующих соединений.

• $ CuSO_4 $ ⋅ $ 5H_2O $: пентагидрат сульфата меди (II) (римские цифры в названии указывают положительный заряд катиона. В этом случае ион меди имеет заряд 2+)
• $ CoCl_2 $ • $ 6H_2O $: гексагидрат хлорида кобальта (II)
• $ BeSO_4 $ ⋅ $ 4H_2O $: тетрагидрат сульфата бериллия
• $ K_2CO_3 $ ⋅ $ 1.5H_2O $: полуторный гидрат карбоната калия
• $ CaSO_4 $ ⋅ $ 0,5H_2O $: полугидрат сульфата кальция

Х и м и я

Когда многие вещества растворяются, их молекулы или ионы связываются с молекулами растворителя и образуют соединения, называемые сольватами (от латинского solvere — растворять). Этот процесс называется сольватацией. В конкретном случае использования воды в качестве растворителя эти соединения называются гидратами, а сам процесс их образования — гидратацией. В зависимости от типа растворителя, растворители могут образовываться различными способами. 1. при растворении вещества с ионной структурой молекулы растворителя удерживаются вблизи иона электростатическими силами притяжения. В этом случае говорят об ион-дипольном взаимодействии. 2. может произойти взаимодействие донор-рецептор. В этом случае ионы растворителя обычно выступают в роли акцепторов, а молекулы растворителя — в роли доноров электронных пар. В этом взаимодействии могут участвовать растворители, молекулы которых имеют неподеленные электронные пары (например, вода, аммиак). 3. 3. когда вещества с молекулярной структурой растворяются, растворы образуются благодаря диполь-дипольным взаимодействиям. Диполи растворенного вещества могут быть либо стабильными (для веществ с полярными молекулами), либо индуцированными (для веществ с неполярными молекулами).

Кристаллы гидратации

• кристаллогидрат сульфата меди (медный купорос), содержащий одну грамм- молекулу CuSO₄и пять линейных молекул воды, представленных формулой CuSO₄— 5 H₂O ;
• кристаллогидрат сульфата натрия (глауберова соль) изображается формулой Na₂SO₄— 10H₂O .
• Алюмокалиевые квасцы могут изображаться формулой: K₂SO₄· A_l2(SO₄)₃— 24H₂O или после восстановления двумя: KAl(SO₄)₂— 12H₂O

Свойства гидритов

Гидраты, как правило, не являются стабильными соединениями, и во многих случаях они разлагаются при испарении растворов.

Однако иногда гидраты настолько прочны, что при извлечении растворителя из раствора вода становится частью кристаллов.

Прочность связи между веществом и кристаллизационной водой в кристаллогидридах различна. Многие из них уже теряют кристаллическую воду при комнатной температуре.

Например, прозрачные кристаллы соды «бель» (Na₂СO₃— 10H₂O ), очень легко «корродируют» на воздухе, т.е. теряют воду и постепенно тускнеют и рассыпаются в порошок. Для дегидратации других кристаллогидратов требуется довольно интенсивный нагрев.

Тепловые эффекты растворения и гидратации

Количество тепла, поглощенного (или отданного) при растворении одного грамма вещества, называется теплотой растворения этого вещества.

Теплота растворения имеет отрицательное значение, когда тепло поглощается в процессе растворения, и положительное значение, когда тепло выделяется. Например, теплота растворения нитрата аммония составляе т-6,32 ккал/моль, гидроксида калия +13,3 ккал/моль.

Процесс растворения сопровождается значительным увеличением энтропии системы, так как число микросостояний в системе сильно возрастает из-за равномерного распределения частиц одного вещества в другом. Поэтому, несмотря на эндотермическое растворение большинства кристаллов, изменение изобарного потенциала системы отрицательно, и растворение происходит спонтанно.

Неорганические гидраты

Неорганические гидраты могут отдавать молекулы воды и становиться безводными. Безводная форма вещества может поглощать воду и становиться гидратированной. Такая вода называется водой гидратации или водой кристаллизации.

Распространенным неорганическим гидратом является декагидрат карбоната натрия (стиральная сода). Первая часть названия гидрата — в данном примере карбонат натрия — это название безводного соединения. Затем следует слово «гидрат», которому предшествует префикс, указывающий на количество молекул воды, присутствующих в гидратированном соединении. Слово «декагидрат» означает, что одна молекула карбоната натрия соединяется с десятью молекулами воды в процессе гидратации. В таблице ниже перечислены цифровые префиксы, используемые в химии, и их значения.

Некоторые распространенные неорганические гидраты

Помимо стиральной соды, гептагидрат сульфата магния (соль Эпсома), декагидрат тетрабората натрия (бура) и декагидрат сульфата натрия (глауберова соль или sal mirabilis) также являются распространенными неорганическими солями воды. Сульфат меди и хлорид кобальта также образуют неорганические гидраты и привлекательно окрашены в своей гидратированной форме.

Глауберова соль названа в честь Иоганна Рудольфа Глаубера, немецко-голландского химика и фармацевта, жившего в XVII веке. Глаубер открыл сульфат натрия, а также обнаружил, что он оказывает слабительное действие на человека. Он считал, что это химическое вещество обладает огромными лечебными свойствами.

Сульфат меди

Два известных неорганических гидрата демонстрируют явное различие в цвете между своей гидратированной и безводной формами. Сульфат меди (II), также известный как сульфат меди, сульфат меди, медный купорос или голубой камень, имеет голубой цвет в гидратированной форме и серовато-белый в безводной форме. При нагревании синей формы вода удаляется, и химикат становится белым. При добавлении воды безводная форма снова становится синей.

Каждая единица сульфата меди может связываться с пятью молекулами воды, поэтому в гидратированном состоянии его также называют пентагидратом сульфата меди. Формула для гидратированной формы: CuSO₄. 5H₂O. Точка после формулы сульфата меди указывает на связь с молекулами воды. Исследования показывают, что природа этих связей не так проста, как считалось раньше.

В чем разница между гидратами и ангидратами?

Определение гидратов и ангидратов

Ангидриды: Ангидриды (также называемые влагопоглотителями или дегидраторами) — это соединения, не содержащие свободных молекул воды.

Гидраты: Гидраты — это ионные соединения, которые содержат свободные молекулы воды.

Способ производства гидратов и ангидратов

Ангидриды: Ангидриды получают путем удаления свободных молекул воды путем отсасывания или нагревания до относительно высокой температуры.

Гидратация: Гидратирующие соединения образуются естественным образом при контакте с воздухом. Все они являются ионными соединениями, образующимися при соединении с молекулами газообразной воды в воздухе. Между катионной молекулой и молекулой воды образуется связь.

Свойства гидратов и ангидратов

Ангидриды: Ангидриды считаются высушивающими агентами, поскольку они могут поглощать молекулы воды из окружающей среды. Молекулы воды легко удаляются при нагревании при высокой температуре.

Гидратация: Как правило, молекулы воды в гидратах могут быть удалены при нагревании. Продукт, полученный после нагревания, является безводным соединением; он имеет структуру, отличную от структуры гидрата.

Число молекул воды, заключенных в кристаллы гидридов, варьируется, поскольку также следует правилу стехиометрического соотношения. Число молекул, составляющих молекулярную формулу, выглядит следующим образом.

Газовые гидраты и глобальное потепление

Метан является мощным парниковым газом, и хотя время его жизни в атмосфере меньше, чем у CO₂, повышение температуры, вызванное выбросом в атмосферу большого количества метана, будет происходить во много раз быстрее, чем повышение температуры, вызванное углекислым газом. Поэтому некоторые экологи считают, что разработка месторождений газовых гидратов может иметь негативные последствия, так как связанный с этим выброс метана из месторождений в атмосферу еще больше усилит парниковый эффект.

Другая проблема заключается в том, что клатраты метана образуются только при относительно низких температурах. Если глобальное потепление, вызванное человеческой цивилизацией, окажется достаточным, чтобы вызвать распад даже одного крупного месторождения газогидратов, в атмосферу будет выброшено огромное количество метана. Это приведет к дальнейшему ускорению роста температуры, что, в свою очередь, вызовет разрушение новых месторождений газовых гидратов. Можно привести в движение процесс ускоренного глобального потепления, который будет так же легко остановить, как выстрел из пушки после воспламенения пороха в стволе. Это вызовет глобальное изменение климата менее чем за одну жизнь и может привести к частичному или полному вымиранию человечества. Палеонтологам известны примеры таких глобальных вымираний, возможной причиной которых были газовые гидраты. Наиболее ярким примером является пермское массовое вымирание, которое произошло 251 миллион лет назад и привело к исчезновению 96% наземных организмов14. Исследования в арктических районах Сибири показывают, что там уже выброшены миллионы тонн метана15, причем его концентрация в некоторых районах в сотни раз превышает норму16.

2 Dyadin Y. А., Гущин А.Л. Газовые гидраты // Соросовский образовательный журнал, № 3, 1998, с. 55-64.

8 Химия и жизнь, 2006, № 6, с. 8.