Кристаллогидраты это в химии кратко

Обновлено: 02.07.2024

Рассмотрим процесс растворения твёрдой соли, чистой и не содержащей в себе посторонних молекул. Допустим, она была образована катионом М n + и анионом A m - с зарядами n + и m - соответственно, а растворять мы её будем в воде. Мы помним, что молекулы H ₂ O имеют частичные заряды и образуют диполи, поэтому она – полярный растворитель. Попадая в воду, кристалл соли – как корм, брошенный в пруд, собирает вокруг себя стаю рыбок – своими заряженными частицами начинает притягивать к себе диполи воды, ориентированные к кристаллу одним из полюсов. Электростатическое взаимодействие между молекулами воды и ионами настолько сильное, что молекулы воды вытягивают их из кристалла, это и приводит к растворению.

Два соседних места занимают два остатка серной кислоты, оставшиеся четыре - молекулы воды. А пятая молекула входит за счёт образования водородной связи между кислородом из сульфатной группы и молекулой воды, связанной с катионом меди. Она образует мостик, как это показано на рисунке.

Поскольку именно взаимодействие молекул воды первой координационной сферы с катионом металла обуславливает наличие цвета, то при выветривании кристаллогидрата он будет меняться. Медный купорос, теряя воду, меняет свою окраску постепенно с насыщенно-синей до голубой, которая при дальнейшем выветривании становится белой.

Свойство кристаллогидратов захватывать и терять воду находит разное применение. Безводные соли, такие как CaCl₂ хлорид кальция ( II ), используют для удаления остатков влаги в неводном растворе после перегонки или для захвата паров, поступающих из прибора во время синтеза. Характерное и яркое изменение окраски хлорида кобальта ( II ), используется как индикатор влажности воздуха, для этого его просто наносят на бумагу:

В разных сферах современной промышленности активно используют алебастр, жженый гипс, силикагель, глауберовую соль, алюмогель и другие материалы, являющиеся кристаллогидратами. Эти вещества обладают кристаллической структурой и содержат в своём составе воду. Обязательным условием формирования кристаллогидратов является образование межмолекулярных связей молекул воды с ионами кристаллической решетки.

Кристаллогидраты — являются соединениями, кристаллизующимися с молекулами воды. Вода, входящая в состав кристаллогидратов называется кристаллизационной водой.

Во многих случаях соли, образующиеся в виде осадка из водных растворов, являются кристаллогидратами.

К группе кристаллогидратов относят природные минералы, которые всем известны и широко распространены. К ним причисляют карналлит, гипс, кристаллическую соду, медный и железный купорос и др.

Общая формула, молярная масса

Общая формула кристаллогидратов состоит из обезвоженного вещества А и воды:

где х является коэффициентом, который относится к формуле воды.

Записать уравнение для кристаллогидрата можно, если вычислить коэффициент х . При знании масс безводного вещества и воды достаточно просто определить их количества. Допустим, что масса кристаллогидрата равна 100 грамм. В таком случае, его компоненты по массам будут соответствовать их массовым долям, которые записаны в процентах.

В качестве примера можно рассмотреть вещество А, массовая доля которого составляет 20% от 100% соединения. Таким образом, 100 грамм кристаллогидрата содержат 20 грамм вещества А.

Существуют стандартные приемы для решения задач на кристаллогидраты. Например, имеется 300 мл воды, в которой растворено 7,6 г медного купороса ( C u S O 4 · 5 H 2 O ) . Требуется определить, какова массовая доля C u S O 4 в полученной смеси. Решить этот пример можно двумя методами.

В первом случае, следует отметить, что в кристаллогидрате медного купороса соблюдается следующее соотношение частиц кристаллогидрата и сульфата меди (II) — 1 : 1 . На каждые две единицы кристаллогидрата приходятся две частицы сульфата меди и так далее. Аналогичным образом, 1 часть (моль) частиц кристаллогидрата соотносится с 1 частью (1 моль) частиц сульфата меди (II). Можно сделать вывод о том, что молярное соотношение (отношение количества вещества) кристаллогидрата C u S O 4 · 5 H 2 O и сульфата меди (II) равно C u S O 4 1 : 1

n ( C u S O 4 · 5 H 2 O ) : n ( C u S O 4 ) = 1 : 1

Другая форма записи уравнения:

n ( C u S O 4 · 5 H 2 O ) = n ( C u S O 4 )

С помощью формулы можно определить молярные массы кристаллогидрата и сульфата меди (II):

М ( C u S O 4 · 5 H 2 O ) = 64 + 32 + 64 + 5 · 18 = 250 г / м о л ь

М ( C u S O 4 ) = 64 + 32 + 64 = 160 г / м о л ь

Количество вещества кристаллогидрата:

n ( C u S O 4 · 5 H 2 O ) = m / M = 7 , 6 / 250 = 0 , 0304 м о л ь

n ( C u S O 4 ) = n ( C u S O 4 · 5 H 2 O ) = 0 , 0304 м о л ь

Масса сульфата меди в составе кристаллогидрата:

m ( C u S O 4 ) = M · n = 160 г / м о л ь · 0 , 0304 м о л ь = 4 , 864 г

ω ( C u S O 4 ) = m ( C u S O 4 ) / m р - р а ( C u S O 4 ) = 4 , 864 г / 307 , 6 г = 0 , 0158 или 1 , 58 %

Второй метод расчета массовой доли C u S O 4 в полученной смеси начинается с записи формулы для расчета искомого показателя:

ω ( C u S O 4 ) = М ( C u S O 4 ) / М ( C u S O 4 · 5 H 2 O ) = 160 г / м о л ь / 250 г / м о л ь = 0 , 64 или 64 %

При известной массовой доле сульфата меди можно определить массу сульфата меди в количестве кристаллогидрата массой 7,6 г:

m ( C u S O 4 ) = ω ( C u S O 4 ) · m ( C u S O 4 · 5 H 2 O ) = 0 , 64 · 7 , 6 г = 4 , 864 г

Масса исходной воды составляет:

m ( H 2 O ) = ρ · V = 1 г / м л · 300 м л = 300 г

Согласно принципу материального баланса, можно вычислить массу раствора сульфата меди (II).

m р - р а ( C u S O 4 ) = m ( C u S O 4 · 5 H 2 O ) + m ( H 2 O ) = 7 , 6 г + 300 г = 307 , 6 г

Массовая доля сульфата меди (II) в полученной смеси составит:

ω ( C u S O 4 ) = m ( C u S O 4 ) / m р - р а ( C u S O 4 ) = 4 , 864 г / 307 , 6 г = 0 , 0158 или 1 , 58 %

В результате вычислений, ω ( C u S O 4 ) равна 0 , 0158 или 1 , 58 %

Какие бывают виды, классификация с примерами

Кристаллогидраты являются сложными соединениями, в состав которых входят атомы нескольких химических элементов. Основой классификации кристаллогидратов служат следующие признаки:

Связь структуры безводного вещества и кристаллогидрата. Определенный состав — кристаллогидраты в процессе обезвоживания способны уменьшать в размерах свою кристаллическую решетку. В распространенных случаях к ним относят многоосновные кислоты, основания и клатраты (соединения включения). Неопределенный состав — в процессе обезвоживания кристаллогидрата кристаллическая решетка остается стабильной, что объясняется большими свободными промежутками в кристаллах. В качестве примера можно привести цеолиты.
Выделяют кристаллогидраты, формулы которых отличаются по количеству молекул воды.
В зависимости от соединения, которое участвует в формировании кристаллогидрата, вещества могут быть органическими и неорганическими.
Другим параметром классификации служит агрегатное состояние гидратообразователя: твердое (соли), газообразное (хлороводород) и жидкость (серная кислота, спирт этиловый).
Класс соединений: кислоты, основания и соли.
Температура стабильности.
Состояние воды. Внутрисферные кристаллогидраты характеризуются наличием связей кристаллизационной воды, которые формируются за счет координационного взаимодействия с катионами. В смешанных кристаллогидратах удержание воды обеспечено водородными связями. В качестве примера таких соединений можно привести купоросы.

Образование кристаллогидратов, примеры соединений, где применяются

В распространенных случаях соединения, как правило, соли, выкристаллизовываются из водных растворов и принимают вид кристаллогидратов. В качестве примера можно привести медный купорос с формулой:

C u S O 4 · 5 H 2 O

Растворение кристаллогидратов в водной среде сопровождается сложными физико-химическими процессами. Конечным результатом такого взаимодействия является диссоциация вещества. В результате происходит отделение кристаллизационной воды и её смешивание с растворителем. Условно процесс растворения записывают с помощью следующего уравнения:

C u S O 4 · 5 H 2 O → C u S O 4 + 5 H 2 O

Наиболее часто в решении задач по химии можно встретить следующие названия кристаллогидратов:

C u S O 4 · 5 H 2 O — медный купорос, пентагидрат сульфата меди (II);
N a 2 C O 3 · 10 H 2 O — кристаллическая сода, декагидрат карбоната натрия;
Z n S O 4 · 7 H 2 O — цинковый купорос, гептагидрат сульфата цинка.

В том случае, когда кристаллогидраты растворяются в водной среде, высока вероятность разрушения кристаллической решетки соединения. Полученные в результате частицы распределяются по всей смеси. В процессе можно наблюдать выделение значительной тепловой энергии.

Исходя из температурного режима, одинаковые вещества могут содержать разное число молекул воды. Некоторые кристаллогидраты в воздушной среде утрачивают кристаллизационную воду без постороннего воздействия. Данный процесс называют выветриванием. Для искусственного удаления воды, то есть обезвоживания вещества, его нагревают или прокаливают.

В большинстве своем кристаллогидраты представлены солями. Химический состав вещества записывают в виде формулы с молекулярным числом кристаллизационной воды, ее долей на одну молекулу вещества. Для того чтобы обозначить формулу определенного кристаллогидрата, принято указывать молекулярное число воды с помощью наложения приставок из греческого алфавита. Список таких приставок:

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

В качестве примера можно рассмотреть следующие соединения: 5 Н 2 O — пента, 7 Н 2 O — гепта, 10 H 2 O — дека. Кристаллогидрат гептагидрата сульфата цинка — Z n S O 4 7 H 2 O . Соединения сульфатов металлов зачастую называют купоросами. К наиболее известным относят следующие вещества: C u S O 4 5 H 2 O — медный купорос (кристаллогидрат сульфата меди), F e S O 4 7 H 2 O — купорос железный.

Активно применяют в современной промышленности технические кристаллогидраты. К данной группе относят:

соду кристаллическую — N a 2 C O 3 10 H 2 O ;
глауберову соль — N a 2 S O 4 10 H 2 O ;
горькую (английскую) соль — M g S O 4 7 H 2 O .

Кристаллогидраты используют в таких сферах, как:

народное хозяйство;
медицина, в том числе, стоматология, хирургия, ортопедия.

Популярностью в медицинской отрасли пользуются следующие кристаллогидраты:

сульфат натрия ( N a 2 S O 4 ) ;
сульфат магния ( M g S O ) ;
сульфат цинка ( Z n S O 4 ) ;
цитрат натрия ( N a 3 C 6 H 5 O 7 ) ;
хлорид кальция ( C a C l 2 ) ;
нитрат кальция ( C a ( N O 3 ) 2 ) ;
хлористое железо ( F e C l 2 ) .

С помощью медного купороса окрашивают ткани. Растворами данного вещества покрывают древесину, что позволяет защитить ее от неблагоприятного внешнего воздействия, а также протравливают семена растений. Метан в природе в форме кристаллогидрата образует огромные залежи в недрах нашей планеты. Соединение рассматривают в качестве сырья для приготовления перспективного моторного топлива с уникальными свойствами.

Растворённое вещество можно выделить из водного раствора, выпарив из него воду. При выпаривании растворов можно выделить гидраты некоторых веществ в кристаллическом виде.

Если растворить в воде сульфат меди(\(II\)) CuSO 4 , имеющий белый цвет, то образуется водный раствор синего цвета. При выпаривании этого раствора выделится медный купорос — кристаллическое вещество синего цвета, в составе которого содержатся пять молекул воды CuSO 4 \(•\) H 2 O .

Состав кристаллогидрата выражают формулой, указывающей число молекул кристаллизационной воды на одну молекулу вещества (через точку записывается число молекул воды).

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.

Кристаллогидраты — кристаллы, содержащие молекулы воды и образующиеся, если в кристаллической решётке катионы образуют более прочную связь с молекулами воды, чем связь между катионами и анионами в кристалле безводной соли. 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.

Содержание

Примеры

Типичными кристаллогидратами являются многие природные минералы, например гипс CaSO₄·2H₂O, карналлит MgCl₂·KCl·6H₂O. Кристаллизационная вода обычно может быть удалена нагреванием, при этом разложение кристаллогидрата часто идёт ступенчато. Так, медный купорос CuSO₄·5H₂O (синий) выше 105 °C переходит в тригидрат CuSO₄·3H₂O (голубой), при 150 °C в моногидрат CuSO₄·H₂O (белый); полное обезвоживание происходит выше 250 °C. Однако некоторые соединения (например, BeC₂O₄·H₂O) устойчивы только в форме кристаллогидрата и не могут быть обезвожены без разложения. Другие примеры: железный купорос FeSO₄·7H₂O, кристаллическая сода Na₂CO₃·10H₂O.

См. также

Источники

Ссылки

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое "Кристаллогидраты" в других словарях:

КРИСТАЛЛОГИДРАТЫ — кристаллические вещества, включающие молекулы воды, напр. гипс CaSO4.2H2O, мирабилит Na2SO4.10H2O, квасцы KAl(SO4)2.12H2O. При нагревании кристаллогидраты теряют воду … Большой Энциклопедический словарь

Кристаллогидраты — кристаллические соединения, в состав которых Н и О входят в виде нейтральных молекул H2O, как самостоятельные структурные единицы. Такая вода называется кристаллизационной. Количество ее находится в простом и постоянном отношении к количеству… … Геологическая энциклопедия

КРИСТАЛЛОГИДРАТЫ — (греч.). Соединение веществ с кристаллизационной водою. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. кристаллогидраты (см. кристалл + гидрат) кристаллы, включающие молекулы воды; кристаллогидратами являются… … Словарь иностранных слов русского языка

Кристаллогидраты — – кристаллы, образованные при взаимодействии в в с водой и включившие ее в свой состав, например при гидратации вяжущих. [Ушеров Маршак А. В. Бетоноведение: лексикон. М.: РИФ Стройматериалы. 2009. – 112 с.] Рубрика термина: Свойства… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

кристаллогидраты — кристаллические вещества, включающие молекулы воды, например гипс CaSO4·2H2O, мирабилит Na2SO4·10H2O, квасцы KAl(SO4)2·12H2O. При нагревании теряют воду. * * * КРИСТАЛЛОГИДРАТЫ КРИСТАЛЛОГИДРАТЫ, кристаллические вещества, включающие молекулы воды … Энциклопедический словарь

Кристаллогидраты — кристаллы, включающие молекулы воды. Многие соли, а также кислоты и основания выпадают из водных растворов в виде К. Типичными К. являются многие природные минералы, например гипс CaSO4·2H2O, карналлит MgCl2·KCl·6H2O. Кристаллизационная… … Большая советская энциклопедия

Кристаллогидраты — являются представителями обширного класса так наз. молекулярных соединений, куда кроме них должны быть еще отнесены: кристаллоамиакаты, кристаллоалкоголяты, кристаллоэфираты и т. д.; собственно говоря, это кристаллические соединения солей (и… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

КРИСТАЛЛОГИДРАТЫ — см. Гидраты … Химическая энциклопедия

КРИСТАЛЛОГИДРАТЫ — см. в ст. Гидраты … Большой энциклопедический политехнический словарь

КРИСТАЛЛОГИДРАТЫ — кристаллич. в ва, включающие молекулы воды, напр. гипс CaSO4 х 2H2O, мирабилит Na2SO4 х 10H2O, квасцы KAl(SO4)2 х 12H2O. При нагревании теряют воду … Естествознание. Энциклопедический словарь

Читайте также: