Хімія. Комплексна підготовка до ЗНО і ДПА

6.5. Сольвати, гідрати, кристалогідрати. Теплові ефекти, які супроводжують процес

Продукти взаємодії розчинника з розчиненими речовинами називають сольватами, а процес їх утворення сольватацією.

Унаслідок сольватації молекули (або йони) речовини, яка розчиняється, вступають у взаємодію з молекулами розчинника, тобто це процес не суто фізичний, а фізико-хімічний. Якщо розчинником виступає вода, ми говоримо про процес гідратації та утворення гідратів. Отже,

гідрати — це продукти приєднання молекул води (гідратації) до молекул, атомів чи йонів.

Гідрати можуть утворювати газоподібні¹, рідкі та тверді речовини; останні називають кристалогідратами.

¹ Газові гідрати (клатрати), у яких «гостями» виступають молекули газів або летких рідин (О₂, N₂, Аr, Хе, Вr₂, Сl₂, SF₆, H₂S, СН₄, С₃Н₈, СНСl₃ тощо), а «господарями» — молекули води, які утворюють кристалічний каркас. Вони нагадують сніг або лід, але можуть існувати за температур вище 0 °С.

Загальний тепловий ефект розчинення складається із суми теплових ефектів:

• 1) руйнування структури речовини, яку розчиняють (ендотермічного);
• 2) гідратації (екзотермічного).

Обидва процеси пов’язані зі зміною енергії системи «речовина — розчинник». Отже, розчинення кристалічних речовин завжди супроводжується поглинанням. Наприклад, унаслідок розчинення у воді амоній нітрату NH₄NO₃ (поглинається дуже багато енергії), натрій тіосульфату Na₂S₂O₃, калій нітрату KNO₃, амоній хлориду NH₄Cl, натрій нітрату NaNO₃, калій хлориду КСl, калій сульфату K₂SO₄) або, рідше, виділенням теплоти (наприклад, унаслідок розчинення у воді лугів (NaOH, KOH), кислот (H₂SO₄, НСl, HNO₃).

Більшість сольватів і гідратів — нестійкі сполуки, існують лише у розчинах, але іноді, навіть після виділення розчиненої речовини з розчину (наприклад, випарювання), вода залишається у складі її кристалів.

Воду в складі кристалогідратів — речовин, кристали яких містять молекули води, — називають кристалізаційною.

Найважливіші кристалогідрати, їхні формули і назви наведено у Додатках 6, 7.

Склад кристалогідратів зображають формулами, у яких вказують кількість кристалізаційної води, що міститься в кристалогідраті: природні кристалогідрати — гіпс (CaSO₄ · 2Н₂О), карналіт (MgCl₂ · КСl · 6Н₂О).

Кристалізаційна вода видаляється зазвичай ступінчасто (утворення нижчих кристалогідратів). Так, унаслідок нагрівання до 105 °С сині кристали мідного купоросу (купрум(II) сульфат пентагідрат, CuSO₄ · 5Н₂О) змінюють колір на голубий (купрум(II) сульфат тригідрат, CuSO₄ · 3Н₂О), а далі за температури 150 °С перетворюються на білий купрум(ІІ) сульфат моногідрат (CuSO₄ · Н₂О). Повне зневоднення (утворення безводної солі) відбувається за температур вище 250 °С. Є речовини, які існують лише у вигляді кристалогідрату і, віддаючи кристалізаційну воду, розкладаються.