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 утворюються стійкі сполуки. Їх можна виділити з розчину у вигляді так званих кристалогідратів — кристалічних речовин, що містять молекули води. Воду, що входить до їхнього складу, 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. У результаті обережного випарювання цього розчину утворюються кристали синього забарвлення (рис. 10).
Це інша речовина — мідний купорос CuSO4 • 5H2O, або купрум(ІІ) сульфат пентагідрат.
У назвах кристалогідратів використовують грецькі назви числівників: один — моно-, два — ди-, три — три-, чотири — тет-ра-, п’ять — пента-, шість — гекса-, сім — гепта-, вісім — окта-, дев’ять — нано-, десять — дека-.
Запишемо перетворення безводного купрум(ІІ) сульфату на мідний купорос рівнянням:
Під час прожарювання мідного купоросу виділяється вода та знову утворюється купрум(ІІ) сульфат:
Приклади інших кристалогідратів: FeSO4 -7H2O — залізний купорос, або ферум(ІІ) сульфат гептагідрат, CaSO4 • 2H2O — гіпс, або кальцій сульфат дигідрат, Na2CO3 -10H2O — 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
Гідратація йонів у розчині
У пробірку, заповнену на 1/4 об’єму дистильованою водою, помістіть невеликий кристалик безводного купрум(ІІ) сульфату — речовини білого кольору. У результаті його розчинення у воді утворюється забарвлений розчин. Якого кольору? Забарвлення розчину обумовлено утворенням гідратова-них йонів купруму(ІІ) — Cu (H2O)„. Перелийте цей розчин у тигель необхідного об’єму. За допомогою тигельних щипців обережно нагрійте тигель 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?
На основі отриманих результатів складіть:
а) рівняння гідратації йона купрум(ІІ) та сульфат-іона;
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 -18H2O.
Оскільки масову частку виражають у відсотках, то вміст води в 100 г кристалогідрату становить:
Основні поняття. Кристалогідрати. Кристалізаційна вода.
Запитання та завдання
°1. Які сполуки називають кристалогідратами? Наведіть приклади. Яку воду називають кристалізаційною?
°2. Обчисліть масову частку кристалізаційної води в кристалогідраті Na2S-9H2O.
3. Яка масова частка кристалізаційної води міститься в кристалогідраті Na2CO3-10H2O?
4. Склад кристалогідрату можна описати формулою CaCl2-6H2O. Визначте масову частку кристалізаційної води в цій речовині.
5. Яка масова частка кристалізаційної води в кристалогідраті ZnSO4 -7H2O?
6. Яка масова частка кристалізаційної води в кристалогідраті Fe2(SO4)3-9H2O?
а) 32,4 %; в) 24,6 %;
б) 28,8 %; г) 22,9 %.
*7. Якою є формула кристалогідрату, утвореного MgCl2, якщо масова частка кристалізаційної води в ньому становить 53,2 %?
*8. Якою є формула кристалогідрату, утвореного Ca(NO3)2, якщо масова частка кристалізаційної води в ньому становить 69,5 %?
9. Визначте масову частку купрум(П) сульфату в розчині, утвореному розчиненням у 1,2 кг води купрум(П) сульфату пентагідрату масою 400 г.
10. Яка маса магній сульфату гептагідрату випаде в осад під час повільного випарювання 700 г розчину магній сульфату з масовою часткою 8,4 %?
Це матеріал з підручника Хімія 9 клас Бутенко (поглиблений рівень)