§ 6. Кристалогідрати

У цьому параграфі ви дізнаєтеся:

що таке кристалогідрати;
яку воду називають кристалізаційною;
як обчислювати масову частку кристалізаційної води в кристалогідратах.

Поняття про кристалогідрати. Продуктом електростатичної взаємодії води з частинками розчиненої речовини є гідрати. Процес утворення гідратів називають гідратацією. Гідратація має місце для будь-яких частинок — і молекул, і йонів.

Гідрати — це нестійкі сполуки змінного складу, що утворюються під час хімічної взаємодії молекул води з частинками розчиненої речовини.

Гідрати зазвичай розкладаються під час випарювання розчинів. Але іноді взаємодія між молекулами розчинника та частинками розчиненої речовини (молекулами або Йонами) настільки сильна, що внаслідок цього утворюються стійкі сполуки. Їх можна виділити з розчину у вигляді так званих кристалогідратів — кристалічних речовин, що містять молекули води. Воду, що міститься в їхньому складі, називають кристалізаційною.

Склад кристалогідратів описують формулами, що показують, яку кількість кристалізаційної води містить кристалогідрат. Наприклад, якщо до купрум(ІІ) сульфату (порошок білого кольору) долити воду, то отримаємо розчин блакитного кольору. Унаслідок обережного випарювання цього розчину утворюються кристали синього кольору (рис. 14). Це інша речовина — мідний купорос CuSO₄ • 5Н₂О, або купрум(ІІ) сульфат пентагідрат.

Рис. 14. Кристали мідного купоросу

У назвах кристалогідратів використовують грецькі назви числівників: один — моно-, два — ди-, три — три-, чотири — тетра-, п’ять — пента-, шість — гекса-, сім — гепта-, вісім — окта-, дев’ять — нано-, десять — дека-.

Запишемо перетворення безводного купрум(ІІ) сульфату на мідний купорос рівнянням:

CuSO₄ + 5Н₂О = CuSO₄ • 5Н₂О

Під час прожарювання мідного купоросу виділяється вода та знову утворюється купрум(ІІ) сульфат:

Приклади інших кристалогідратів: FeSO₄ • 7Н₂О — залізний купорос, або ферум(II) сульфат гептагідрат, CaSO₄ • 2Н₂О — гіпс, або кальцій сульфат дигідрат, Na₂CO₃•10Η₂Ο — кристалічна сода, або натрій карбонат декагідрат.

Міцність зв’язку між водою та сіллю в різних кристалогідратах неоднакова: одні відщеплюють кристалізаційну воду навіть за кімнатної температури, а зневоднення інших потребує досить сильного нагрівання.

Явище гідратації йонів можна спостерігати на такому досліді.

Лабораторний дослід 1

Дотримуйтесь правил безпеки під час дослідів!

Гідратація йонів у розчині

1. У пробірку, заповнену на 1/4 об’єму дистильованою водою, помістіть невеликий кристалик безводного купрум(IІ) сульфату — речовини білого кольору. У результаті його розчинення у воді утворюється забарвлений розчин. Якого кольору? Забарвлення розчину обумовлено утворенням гідратованих йонів купруму(IІ) — Cu(H₂O)_m²⁺.

2. Перелийте цей розчин у порцелянову чашку. Обережно нагрійте її на газовому пальнику до появи перших кристаликів. Зверніть увагу на їхній колір. Який склад вони мають? Якщо воду випарувати повністю та кристалики прожарити за температури, вищої за 250 °С, то забарвлення зміниться на інше. На яке? Чому?

3. З огляду на отримані результати запишіть:

а) рівняння гідратації йона купрум(IІ);
б) рівняння реакції утворення кристалогідрату;
в) рівняння термічного розкладання кристалогідрату.

Обчислення масової частки кристалізаційної води в кристалогідратах. Розглянемо на прикладі, як визначати масову частку кристалізаційної води в кристалогідратах.

Приклад розв’язування задачі

Обчисліть масову частку кристалізаційної води в кристалогідраті складу Al₂(SO₄)₃ • 18Η₂Ο.

Основні поняття. Кристалогідрати. Кристалізаційна вода.

Запитання та завдання

°1. Які сполуки називають кристалогідратами? Наведіть приклади. Яку воду називають кристалізаційною?

2. Масова частка кристалізаційної води в кристалогідраті Fe₂(SO₄)₃ • 9Η₂Ο становить:

а) 32,4 %;
б) 28,8 %;
в) 24,6 %;
г) 22,9 %.

°3. Обчисліть масову частку кристалізаційної води в кристалогідратах:

a) Na₂S • 9H₂O;
б) Na₂CO₃ • 10Η₂Ο;
в) СаСl₂ • 6Н₂О;
г) ZnSO₄ • 7Η₂Ο.

4. У воді масою 1,2 кг розчинили купрум(ІІ) сульфат пентагідрат масою 400 г. Обчисліть масову частку купрум(ІІ) сульфату в розчині.

5. Розчин масою 700 г з масовою часткою магній сульфату 8,4 % повільно випарюють. Обчисліть масу магній сульфату гептагідрату, який утвориться внаслідок випарювання.

*6. Виведіть формулу кристалогідрату, утвореного магній хлоридом, якщо масова частка кристалізаційної води в ньому становить 53,2 %.

*7. Виведіть формулу кристалогідрату, утвореного кальцій нітратом, якщо масова частка кристалізаційної води в ньому становить 30,5 %.