Кристаллогидраты доклад по химии

Обновлено: 07.07.2024

При растворении веществ молекулы (или ионы) связываются с молекулами растворителя, образуя соединения, называемые сольватами; этот процесс называется сольватацией. В частном случае, когда растворителем является вода, эти соединения называются гидратами, а процесс их образования - гидратацией. При попытке выделить исходное вещество из раствора удаляя воду, получить его часто не удается. Например, если мы растворим в воде бесцветный сульфат меди CuSO4, то получим раствор голубого цвета, который придают ему гидратированные ионы меди. После упаривания раствора (удаления воды) и охлаждения из него выделятся кристаллы синего цвета. Исходный сульфат меди можно получить из этого соединения, нагрев его до 250 °С. При этом происходит реакция:

Прикрепленные файлы: 1 файл

Реферат по химии 2.docx

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

«Гомельский государственный университет

Реферат на тему:

Происхождение и многообразие кристаллогидратов

студентка группы ГЭ-12 _____________ О. М. Сидоренко

1. История изучения кристаллогидратов

1865 г. Предположение о существовании в водных растворах гидратов высказано и обосновано Д. И. Менделеевым. Он изучал взаимодействие спирта с водой и сделал вывод об образовании определенных соединений. Он считал, что растворение - не только физический, но и химический процесс, что вещества, растворяющиеся в воде, образуют с ней соединения

В 1889г. систематическое изучение кристаллогидратов началось с классических работ Б. Розебома над кристаллогидратами CaCl₂ и Fe₂Cl₆ .

2. Терминология кристаллогидратов

При растворении веществ молекулы (или ионы) связываются с молекулами растворителя, образуя соединения, называемые сольватами (от латинского solvere – растворять); этот процесс называется сольватацией. В частном случае, когда растворителем является вода, эти соединения называются гидратами, а процесс их образования - гидратацией.

При попытке выделить исходное вещество из раствора удаляя воду, получить его часто не удается. Например, если мы растворим в воде бесцветный сульфат меди CuSO₄, то получим раствор голубого цвета, который придают ему гидратированные ионы меди. После упаривания раствора (удаления воды) и охлаждения из него выделятся кристаллы синего цвета. Исходный сульфат меди можно получить из этого соединения, нагрев его до 250 °С. При этом происходит реакция:

Разные информационные источники дают нам следующую терминологию.

Кристаллогидраты – твердые вещества, продукты присоединения воды (гидратация) к атомам, молекулам или ионам.

Кристаллогидраты – кристаллы, включающие молекулы воды.

Кристаллогидраты – это кристаллические вещества, содержащие в своем составе отдельные молекулы воды или их агломераты.

Кристаллизационная вода – вода, входящая в состав кристаллогидратов.

До сих пор кристаллогидраты не выделялись в особый класс соединений, а упоминались попутно при описании некоторых солей, потому что реакции их исследовались в водных растворах, когда принято игнорировать участвующую в превращении воду.

3. Номенклатура кристаллогидратов

Для кристаллогидратов как и для всех химических соединений существуют правила названий. Название кристаллогидрата строится из систематического названия соли и указывается количество молекул кристаллизационной воды входящих в формальную единицу. Рассмотрим конкретные примеры.

CuSO₄· 5H₂O – пентагидрат сульфата меди;

Na₂CO₃· 10H₂O – декагидрат карбоната натрия;

AlCl₃· 6H₂O – гексагидрат хлорида алюминия.

Следует отметить, что содержание воды в кристаллогидратах формально может иметь и нецелочисленное значение, поэтому в таких случаях поступают следующим образом: CdSO₄ · 2,67 H₂O - 2,67- гидрат сульфата кадмия, SO₂ ·n H₂O – полигидрат диоксида серы.

Классификацию кристаллогидратов можно вести по различным критериям:

1. По наличию связи структуры безводного вещества и кристаллогидрата

фазы определенного состава - вид кристаллогидратов, у которых при удалении кристаллизационной воды происходит сжатие кристаллической решетки, поэтому структура безводного вещества и кристаллогидрата не связанны между собой. К данному классу относятся кристаллогидраты многоосновных кислот, оснований и клатратов.
неопределенного состава – вид кристаллогидратов, у которых процесс удаления воды может быть осуществлен без существенных изменений в кристалле. Это возможно при наличии в кристалле достаточного количества свободных промежутков, каналов (чтобы уместились молекулы воды). У веществ этого класса может происходить обратимая гидратация и дегидратация. Примерами таких веществ являются цеолиты.

2. По количеству молекул воды входящих в формульную единицу кристаллогидрата

Существует кристаллогидраты, в которых на одну молекулу или частицу гидратированного вещества приходится 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,12 молекул воды.
Но наиболее распространенными являются кристаллогидраты с 1,2,4,6,8 молекулами воды.
Для многих веществ известны кристаллогидраты различного состава.

3. По природе соединения участвующего в образовании кристаллогидратов

3. По агрегатному состоянию гидратообразователя при н.у.

Твердое (соли)
Газ (предельные у/в, С1₂, Н₂ S, Аг, Хе, SО₂)
Жидкость (серная кислота, этиловый спирт)

5. Класс соединений

6. Температурная устойчивость

Если кристаллизационная вода удерживается Ван-дер-Ваальсовыми силами, то такие вещества стабильны при температурах ниже нуля (клатраты)
Если кристаллизационная вода удерживается в кристаллогидрате слабыми межмолекулярными связями, то она легко удаляется при нагревании:

Если же в кристаллогидрате связи между молекулами воды и другими частицами близки к химическим, то такой кристаллогидрат или дегидратируется (теряет воду) при более высокой температуре, например:

или при нагревании разлагается с образованием других химических веществ, например:

Наука накопила большое количество данных о кристаллогидратах. Постоянно получаемые новые сведения об этом обширном классе химических соединений подтверждают его важное значение не только в общенаучном плане, но и в прикладной плоскости.

Общая характеристика
Немного истории
Терминология и состояния
Растворение в воде
Краткий обзор
Классификация соединений
Место в курсе химии
Области применения

Так, современную промышленность нельзя представить без алебастра, жженого гипса, силикагеля, глауберовой соли, буры, алюмогеля и многих других веществ, относящихся к группе кристаллогидратов.

Общая характеристика

Кристаллогидратами называются химические соединения, в которых присутствуют молекулы воды. Они создаются, когда катионы вещества кристаллической решетки образуют связи с водными молекулами. Соединения более прочные, чем связи анионов и катионов в кристаллах безводной соли.

Примечательным свойством кристаллогидратов является то, что при низких температурах содержащаяся в них жидкость связывается с катионами и ионами солей. Основания, кислоты, а также значительное количество солей из водных растворов в осадок выпадают кристаллогидратами, завершая кристаллизационный процесс.

Кристаллогидратами являются известные и распространённые природные минералы — карналлит, гипс, кристаллическая сода, купорос (медный и железный).

Немного истории

История этих химических элементов начинается с 1826 года, когда были открыты гидраты спирта.

Дальнейшее продолжение их изучения связано с Д. И. Менделеевым. В процессе исследования реакции соединения воды и спирта он определил, что при этом образуются новые соединения, которые сопровождают химические и физические процессы.

В 1880 году понятие гидраты было введено в химии для характеристики определённых соединений веществ, растворенных в жидкости. Однако систематическое и подробное изучение кристаллогидратов, возможность рассчитать их массовую долю, выявление и установление составляющих началось только в 1889 году.

Терминология и состояния

Если молекулы растворителя связываются с анионами растворяемых в нем веществ, то образуются соединения, которые называют сольватами, а сам процесс — сольватацией.

Когда растворителем является вода, то получаемые соединения называют гидратами, а процесс — гидратацией. Таким образом, гидраты — это химические соединения, в которых жидкость присоединилась к ионам, атомам и молекулам растворенного в ней вещества. Их состояние может быть газообразным, жидким и твёрдым.

Гидраты, находящиеся в твердом состоянии, называют кристаллогидратами. Это соединения, включающие в себя частицы H2O. В них атом кислорода соединен с двумя водородными атомами ковалентными связями. Частицы H2O находятся в соединении с иными атомами посредством химических либо межмолекулярных связей. Вода в таких соединениях называется кристаллизационной.

К представителям этих химических соединений относятся многочисленные вещества, к которым причисляют кристаллоамиакаты, кристаллоалкоголяты, кристаллоэфираты и иные соединения.

Растворение в воде

Растворение кристаллогидратов в воде — сложный химико-физический процесс. При этом решетка кристаллическая у соединения может рушиться, а образуемые вследствие этого элементы (частички) распространяются по всему раствору. Такое преобразование способно выдать значительную тепловую энергию.

Объём в соединениях воды может быть различным: от молей дробного числа на моль вещества до значительного молярного объема.

В зависимости от состояния температуры среды одно и то же вещество может иметь в себе различное количество молекул воды. Отдельные кристаллогидраты при попадании на воздух могут терять кристаллизационную воду самостоятельно (самопроизвольно), что называется выветриванием.

В большинстве случаев, чтобы удалить жидкость (воду) искусственно, привести ее к обезвоживанию, используют нагревание и прокаливание.

Краткий обзор

Основная масса кристаллогидратов — соли. Их химический состав выражается формулой, в которой указывают молекулярное число кристаллизационной воды, ее долю на одну молекулу вещества.

Для обозначения формулы конкретного кристаллогидрата указывают молекулярное число воды, используя приставки из греческого алфавита. Их список:

моно (1);
ди (2);
три (3);
тетра (4);
пента (5);
гекса (6);
гепта (7);
окта (8);
нона (9);
дека (10).

Пример: 5Н2O — пента, 7Н2O — гепта, 10H2O — дека. Кристаллогидрат гептагидрата сульфата цинка — ZnSO4 7H2O.

Соединения сульфатов металлов принято называть купоросами. Среди наиболее известных: CuSO4 5H2O — медный купорос (кристаллогидрат сульфата меди), FeSO4 7H2O — купорос железный.

Некоторые популярные и востребованные в промышленности виды называются техническими. Их названия: сода кристаллическая — Na2CO3 10H2O, глауберова соль — Na2SO4 10H2O, горькая (английская) соль — MgSO4 7H2O.

Классификация соединений

Рассматриваемые вещества в химии относятся к сложным соединениям, состоящих из атомов нескольких химических элементов.

Принято осуществлять их классификацию по ряду параметров:

По связи структуры безводного вещества и кристаллогидрата. Определенный состав — кристаллогидраты при удалении из них воды сжимают свою кристаллическую решетку. В основном это многоосновные кислоты, основания и клатраты. Неопределенный состав — при удалении воды структура кристалла не изменяется. Это возможно при наличии в кристаллах больших свободных промежутков. Пример — цеолиты.
По числу молекул воды, которые входят в формулу конкретного кристаллогидрата.
По соединению, участвующему в создании кристаллогидрата: неорганические и органические.
По агрегатному состоянию гидратообразователя: твердое (соли), газообразное и жидкость (кислота серная, спирт этиловый).
По классу соединений: кислоты, основания и соли.
По температурной устойчивости. Первые — стабильные при отрицательных температурах, вода удерживается силами Ван-дер-Ваальса. Вторые — вода кристаллизационная без проблем удаляется нагреванием и удерживается в веществе межмолекулярными слабыми связями. Третьи — связи воды сильные (химические), вещество теряет ее при высоких температурах либо она разлагается с образованием иных химических веществ при нагревании.
По состоянию воды. Внутрисферные — связи кристаллизационной воды происходят посредством ковалентного взаимодействия с катионам. Смешанные — вода удерживается водородными связями. К этой группе относятся купоросы, в которых пятая водяная молекула такую связь и выдает. Еще одна группа — соединения, создающие водяные молекулярные цепи благодаря связыванию двух катионов. Молекулы воды образуют слои, которые объединяются ионами соли. Структура таких веществ подобна льду.

Место в курсе химии

С учетом того, что современное развитие общества и промышленности неразрывно связано с химией, базовые знания по ней начинают преподавать в школе. Тогда же молодое поколение в знакомится с кристаллогидратами.

Школьный курс химии знакомит учеников с определениями этих веществ, предлагает найти решения различным задачам, связанным с получением и видоизменением этих соединений, в том числе с помощью практических занятий и разнообразных поучительных презентаций.

Области применения

Кристаллогидраты нашли применение в различных отраслях народного хозяйства. Так, гипс используется в медицинской сфере (в стоматологии, хирургии, ортопедии).

В медицине широко применяются сульфат натрия (Na2SO4), сульфат магния (MgSO), сульфат цинка (ZnSO4), цитрат натрия (Na3C6H5O7), хлорид кальция (CaCl2), нитрат кальция (Ca (NO3)2), хлористое железо (FeCl2).

Медный купорос известен как красящее вещество для тканей. Его растворами защищают древесину, протравливают семена.

Метан в природных условиях в виде кристаллогидрата залегает в недрах Земли в огромных количествах, являясь перспективным моторным топливом.

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Выберите документ из архива для просмотра:

Выбранный для просмотра документ Исследовательская работа Кристаллогидраты.doc

Руководитель: Родько Елена Данииловна,

Основная часть. 4

1. Теоретическая часть. 4

1.1 Что такое кристаллогидраты. 4

1.2 История изучения кристаллогидратов. 4

1.3 Классификация кристаллогидратов. 4

1.4 Получение кристаллогидратов. 8

1.5 Применение кристаллогидратов. 9

2. Практическая часть. 10

Информационные источники. 15

В окружающем мире химия веществ удивительно разнообразна. Каждый класс соединений по-своему интересен и уникален. Красивые кристаллы и благородные газы, сильные окислители – кислоты и жизненно необходимая вода. Но есть определенная группа соединений, которые состоят из двух и более сложных веществ, одним из которых является вода, - кристаллогидраты. Хранилища метана в недрах вечной мерзлоты и мирового океана, нашатырный спирт в аптечке, алюмокалиевые квасцы, используемые в антиперспирантах, представляют собой кристаллогидраты. Представители этого класса прочно вошли в нашу жизнь. Однако в школьном курсе изучения химии этой теме уделяется крайне незначительное внимание.
Актуальность работы заключается в изучении широко применяемых в повседневной жизни кристаллогидратов.

Цель работы: изучение наиболее распространенных кристаллогидратов и процессов, в которых они участвуют.

Познакомиться с литературными фактами о кристаллогидратах.

Изучить применение кристаллогидратов в настоящее время.

Осуществить опыты с кристаллогидратами.

Теоретическая часть

Что такое кристаллогидраты?

Кристаллогидраты — кристаллы, содержащие молекулы воды и образующиеся, если в кристаллической решетке катионы образуют более прочную связь с молекулами воды, чем связь между катионами и анионами в кристалле безводного вещества. При низких температурах вода в кристаллогидратах может быть связана как с катионами, так и с анионами солей. Многие соли, а также кислоты и основания выпадают из водных растворов в виде кристаллогидратов.

История изучения кристаллогидратов

1828 г. Ф. Рюдбергер доказал существование гидратов спирта.

1865 г. Предположение о существовании в водных растворах гидратов высказано и обосновано Д. И. Менделеевым. Он изучал взаимодействие спирта с водой и сделал вывод об образовании определенных соединений. Он считал, что растворение — не только физический, но и химический процесс, что вещества, растворяющиеся в воде, образуют с ней соединения.

В 1889 г. систематическое изучение кристаллогидратов началось с классических работ Б. Розебома над кристаллогидратами хлорида кальция и хлорида железа ( III ).

Классификация кристаллогидратов

Классификацию кристаллогидратов можно вести по различным критериям:

1. По наличию связи структуры безводного вещества и кристаллогидрата

· фазы определенного состава - вид кристаллогидратов, у которых при удалении кристаллизационной воды происходит сжатие кристаллической решетки, поэтому структура безводного вещества и кристаллогидрата не связанны между собой. К данному классу относятся кристаллогидраты многоосновных кислот, оснований и клатратов.

· неопределенного состава – вид кристаллогидратов, у которых процесс удаления воды может быть осуществлен без существенных изменений в кристалле. Это возможно при наличии в кристалле достаточного количества свободных промежутков, каналов (чтобы уместились молекулы воды). У веществ этого класса может происходить обратимая гидратация и дегидратация. Примерами таких веществ являются цеолиты.

2. По количеству молекул воды входящих в формульную единицу кристаллогидрата

· Существует кристаллогидраты, в которых на одну молекулу или частицу гидратированного вещества приходится 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,12 молекул воды.

· Но наиболее распространенными являются кристаллогидраты с 1,2,4,6,8 молекулами воды.

· Для многих веществ известны кристаллогидраты различного состава.

- NaOH∙ nH ₂ O где n=1,2,3,4,6,8.

3. По природе соединения участвующего в образовании кристаллогидратов

4. По агрегатному состоянию гидратообразователя при н.у.

Газ (предельные у/в, С1 ₂ , Н ₂ S, Аг, Хе, SО ₂ )

Жидкость (серная кислота, этиловый спирт)

5. Класс соединений

Основания (NaOH . H ₂ O)

6. Температурная устойчивость

· Если кристаллизационная вода удерживается Ван-дер-Ваальсовыми силами, то такие вещества стабильны при температурах ниже нуля (клатраты)

· Если кристаллизационная вода удерживается в кристаллогидрате слабыми межмолекулярными связями, то она легко удаляется при нагревании:

· Если же в кристаллогидрате связи между молекулами воды и другими частицами близки к химическим, то такой кристаллогидрат или дегидратируется (теряет воду) при более высокой температуре, например:

С oSO ₄ ·7H ₂ O = CoSO ₄ + 7H ₂ O ( при 250 ° С );

или при нагревании разлагается с образованием других химических веществ, например:

7. По состоянию воды в гидратах

Псевдогидраты - это соединения, в которых часть молекул кристаллизационной воды образуют гидроксид ионы или ионы гидроксония (HClO ₄ ·H ₂ O = H ₃ O·ClO ₄ , Sr(BO ₂ ) ₂ ·4H ₂ O = Sr[B(OH) ₄ ] ₂ ) Воду, входящую в состав псевдогидратов называют конституционной.

Внутрисферные кристаллогидраты – молекулы кристаллизационной воды удерживаются благодаря ковалентной связи с катионом [Al(H ₂ O) ₆ ]Cl ₃ , [Mg(H ₂ O) ₆ ]Cl ₂ .

Смешанные кристаллогидраты – кристаллизационная вода удерживается за счет образования водородных связей и донорно-акцепторного взаимодействия. К данной группе можно отнести купоросы (CuSO ₄ ·5H ₂ O или [Cu(H ₂ O) ₄ ]SO ₄ ·H ₂ O), пятая молекула воды связывается именно водородными связями.

Молекулы воды образуют цепи. В ряде случаев молекулы воды связывают два катиона Zn(OH)H ₂ O и BaCl ₂ ∙ H ₂ O. Образуются бесконечные цепи.

Молекулы воды образует слои, объединяемые ионами соли (CaSO ₄ ·2H ₂ O). В соединении Mg ₂ (OH) ₂ (H ₂ O) ₃ CO ₃ в каналах структуры.

Своеобразными упорядоченными твердыми растворами внедрения типа соль — лед являются некоторые кристаллогидраты с большим числом молекул воды, например Na ₂ SO ₄ ·10Н ₂ О, Na ₂ СO ₃ ·10Н ₂ О (тектогидраты). Они имеют структуру льда, которая стабилизируется за счет стягивающего действия электростатически взаимодействующих ионов противоположного знака. Вследствие этого температура плавления тектогидратов намного превышает температуру плавления льда.

Получение кристаллогидратов

Большинство веществ, находящихся в кристаллическом состоянии, растворяются в жидкости с поглощением теплоты. Однако при растворении в воде гидроксида натрия, карбоната калия, безводного сульфата меди и многих других веществ происходит заметное повышение температуры. Выделяется теплота также при растворении в воде некоторых жидкостей и всех газов.

Количество теплоты, поглощающейся (или выделяющейся) при растворении 1 моля вещества, называется теплотой растворения этого вещества.

Теплота растворения имеет отрицательное значение, если при растворении теплота поглощается, и положительно - при выделение теплоты. Например, теплота растворения нитрата аммония равна — 26,04кДж/моль, гидроксида калия +55.6кДж/моль.

Процесс растворения сопровождается значительным возрастанием энтропии системы, в результате равномерного распределения частиц одного вещества в другом резко увеличивается число микросостояний системы. Поэтому несмотря на эндотермический растворения большинства кристаллов, изменение энергии Гиббса системы при растворении отрицательное процесс протекает самопроизвольно.

При растворение кристаллов происходит их разрушение, что требуют затраты энергии. Поэтому растворение должно было бы сопровождается поглощением теплоты. Если же наблюдается обратный эффект, то это показывает, что одновременно с растворением происходит какое-то взаимодействие между растворителем и растворенным веществом, при котором выделяется в виде теплоты больше энергии, чем ее расходуется на разрушение кристаллической решетки.

Применение кристаллогидратов

Кристаллогидраты имеют широкое применение в народном хозяйстве. Медный купорос применяют как протраву при крашении тканей для консервирования древесины, протравли вания семян. В медицине разбавленный раствор медного купороса применяют как антисептическое и вяжущее средство, малые дозы медного купоро са назначают иногда при анемии для усиления кроветворения.

Алюмокалиевые квасцы обладают противовоспалительным дезинфицирующим и обволакивающим свойствами. Имеют широкое применение в медицине. Также используется такое свойство алюмокалиевых квасцов как их губительное воздействие на болезнетворные бактерии, а также способность оказывать подсушивающий и вяжущий эффект. Так, минеральный порошок, который можно купить в любой аптеке, поможет в случае наружного кровотечения.

Практическая часть.

Записи симпатическими или, как их еще называют, невидимыми чернила изначально невидимы невооруженным взглядом. Чтобы сделать их видимыми нужно приложить к невидимым чернилам определенное воздействие. Например, нагревание.

Оборудование и реактивы: электрическая плитка, фарфоровые чашки, шпатель, вода, C o SO ₄ * 7H ₂ O, NiSO ₄ * 7H ₂ O.

Насыпала C o SO ₄ * 7H ₂ O и NiSO ₄ * 7H ₂ O в фарфоровые чашки (см. приложения фото 1)

Подогрела на электрической плитке

Наблюдала изменение цвета в связи с распадом кристаллогидратов (см. приложения фото 2) :

Для обратимости данной реакции добавила воды, увидела насыщение до первоначального цвета, что свидетельствует о восстановлении структуры кристаллогидрата.

Вывод: при изменении температуры кристаллогидрат способен разрушаться, отщепляя молекулы воды.

Цель: Изучить химические свойства кристаллогидратов широко используемые в медицине

Оборудование и реактивы: тарелка, вода (t 20С), гипсовый бинт CaSO ₄ * 0,5H ₂ O, маркер

Отрезала пласт гипсового бинта

Погрузила в воду на 2-3 сек (см. приложения фото 3)

Вынула, наблюдая изменения в пластичности бинта

Намотала эластичный гипсовый бинт на маркер и поставила сушиться, наблюдала застывание, связанное с испарением воды, и переход в твердое состоянием. (см. приложения фото 5)

(с течением времени)

Вывод: Взаимопревращение двух разных кристаллогидратов сульфата кальция обеспечивает наложение гипсовой повязки, а затем ее застывание и жесткое фиксирование на объекте.

Вам требуется приготовить 200 г 10% раствора нитрата магния ( Mg(NO ₃ ) ₂ ). Вычислите для разных случаев (а)-д)), необходимые для приготовления раствора:
а) массу безводного Mg(NO ₃ ) ₂ и массу воды;

б) массу 12,5 % раствора Mg(NO ₃ ) ₂ и массу воды;

в) массу гексагидрата нитрата магния Mg(NO ₃ ) ₂ * 6H ₂ O и массу воды;

г) массу 12,5 % раствора Mg(NO ₃ ) ₂ и массу 2,5% раствора Mg(NO ₃ ) ₂ ;

д) массу гексагидрата нитрата магния Mg(NO ₃ ) ₂ * 6H ₂ O и массу 2,5% раствора Mg(NO ₃ ) _2.

Задача 1. Необходимо приготовить 200г 20% раствора K ₃ PO ₄ .

Найдем массу вещества K ₃ PO ₄ : m(K ₃ PO ₄ )=40г.

Рассчитаем количество вещества. n(K ₃ PO ₄ )=0,1887 моль

Количество вещества соли совпадает с количеством вещества кристаллогидрата, следовательно, n(K ₃ PO ₄ * 7H ₂ O)=n(K3PO4)=0,1887 моль

Теперь можно рассчитать, какое количество кристаллогидрата необходимо для получения 200 г 20% раствора K ₃ PO ₄ . m(K ₃ PO ₄ * 7H ₂ O)= 0, 1887моль* 338г/моль= 63,7806 г

Теперь мы сможем рассчитать, какое количество воды(H ₂ O) необходимо для получения 200 г 20% раствора K ₃ PO ₄ . m(H ₂ O)=200-63,7806=136,2194 г

Цель: Получение чистого органического вещества без примеси воды.

Оборудование и реактивы: цилиндр, плоскодонная колба, прибор для осушения осадка (круглодонная колба, вакуумный насос, фильтр тонкой очистки), штатив, толуол(C ₆ H ₅ -CH ₃ ), сульфат натрия (Na ₂ SO ₄ ), вода (H ₂ O).

Налила толуол в плоскодонную колбу и прилила воды (см. приложения фото 6)

После добавила сульфат натрия, который втянул в себя всю воду (см. приложения фото 7)

Собрала установку для осушения осадка и подключила вакуум (см. приложения фото 8)

Содержимое колбы аккуратно переложила на фильтр (см. приложения фото 9)

Наблюдала за процессом фильтрования, по окончании которого в круглодонной колбе находилось чистое органическое вещество, а на фильтре – кристаллогидрат (см. приложения фото 10)

Вывод: Изучила способ отчистки органических соединений от воды с образованием кристаллогидратов.

Выделить растворённое вещество из раствора можно путём выпаривания воды. В некоторых случаях образуются гидраты в кристаллическом виде или кристаллогидраты. Они содержат молекулы воды, которые называются кристаллизационной водой.

Общее описание

Кристаллогидраты образуются благодаря взаимодействию катионов кристаллической решётки вещества с молекулами воды. Это возможно, если связь между катионами и анионами кристалла более слабая.

К кристаллогидратам в первую очередь относятся соли. Типичными кристаллогидратами являются природные минералы – гипс, карналлит, алебастр, бура. Также кристаллогидраты образуют кислоты и основания.

Рис. 1. Кристаллогидраты.

Название вещества зависит от количества молекул воды. Для этого используют приставки, обозначающие число:

Например, кристаллогидрат FeSO₄, содержащий одну молекулу воды, называется моногидрат сульфата железа (II). Если в кристаллогидрате семь молекул воды, он называется гептагидрат сульфата железа (II).

Вода из кристаллогидрата в большинстве случаев удаляется ступенчато. Например, при нагревании медного купороса, он переходит в тригидрат, затем в моногидрат. При нагревании до 250°С медный купорос полностью обезвоживается до сульфата меди (II).

Формула кристаллогидрата состоит из двух частей. Сначала записывается формула вещества. Через точку (знак умножения) указывается количество молекул воды. Например, ZnSO₄ ∙ 7H₂O, CuSO₄ ∙ H₂O, Na₂CO₃·10H₂O, H₂SO₄ · H₂O.

Рис. 3. Пентагидрат сульфата меди (II) и сульфат меди (II).

Расчёт массы вещества

При прокаливании кристаллогидраты разлагаются на сухое вещество и воду. Чтобы вычислить массовую долю вещества используется следующая формула:

Для расчёта массовой доли воды применяется схожая формула:

Рассмотрим решение задачи с применением формулы.

Необходимо вычислить массовую долю кристаллизационной воды в тригидрате нитрата меди (II) (Cu(NO₃)₂ ∙ 3H₂O).

Решение:

Сначала запишем молярные массы воды и нитрата меди (II):

M (Cu(NO₃)₂) = 187,5 г/моль;
M (H₂O) = 18 г/моль.

В 1 моле кристаллогидрата содержится 1 моль нитрата меди (II) и 3 моль воды, поэтому получаем по формуле m = n ∙ M массу воды и массу соли в кристаллогидрате:

m (H₂O) = 3 ∙ 18 = 54 г;
m (Cu(NO₃)₂) = 1 ∙ 187,5 = 187,5 г.

Высчитаем общую массу вещества:

Остаётся вычислить массовую долю воды:

Ответ: массовая доля воды в тригидрате нитрата меди (II) 22 %.

Некоторые вещества невозможно обезводить без разложения. Например, соединение BeC₂O₄·H₂O устойчиво только в форме кристаллогидрата.

Что мы узнали?

Кристаллогидратами называются вещества, содержащие молекулы воды за счёт их притяжения катионами кристаллической решётки. В формуле кристаллогидратов, а также в названии вещества указывается количество воды. Например, CuSO₄ ∙ H₂O – моногидрат сульфата меди (II). Если известны массы воды и сухого вещества, можно вычислить их массовую долю.

Читайте также: