Гидраты

Гидраты. Жженая известь, или окись кальция, CaO, при обливании водою сильно разогревается и рассыпается в белый порошок, - получается гашеная известь. Здесь происходит химический процесс соединения окиси кальция с водой, причем образуется Г. окиси кальция: CaO+НОН=Са(OН)₂. Окись металла натрия с водой дает Г. окиси натрия: Na₂O+НОН=2NaOH. Такого рода Г. называются Г. окислов металлов.

Растворимые в воде Г. окислов металлов обладают щелочным вкусом (вкус мыла или отвара золы) и называются щелочами. Они окрашивают лакмус в синий цвет и разъедают кожу, бумагу, дерево и т. п. Получаются они не только путем соединения их окислов с водой, но и действием соответствующих металлов на воду: Na+НОН=NaOH+Н; Са+2НOН=Са(OН)₂+Н₂. На основании этого способа получения Г. окислов металлов можно рассматривать, как продукты замещения одного атома водорода частицы воды металлом. В случае одновалентных металлов, как натрий, один атом последнего замещает один атом водорода в одной частице воды, в случае двухвалентного металла, как кальций, один атом последнего замещает два атома водорода в двух частицах воды. То, что остается от частицы воды по отнятии одного атома водорода, т. е. группа ОН, называется водным остатком (см.), или гидроксилом. Таким образом, металл и гидроксилы являются необходимыми составными частями Г. окислов металлов. Нерастворимые в воде Г. окисл. мет. не получаются непосредственным соединением с водой их окислов. Обычно их получают, действуя раствором щелочи на соответствующую соль; так, напр., получается Г. окиси железа: FeCl₃+3NaOH=Fe(OН)₃+3NaCl. He только окислы металлов способны образовать Г. окислов. Трехокись серы SO₃, напр., энергично, с большим выделением тепла, соединяется с водой, образуя Г.: SO₃+НОН=SO₂(OH)₂, серную кислоту. Такие Г., т. е. Г. окислов металлоидов, принадлежат к классу соединений, называемых кислотами. Они окрашивают раствор лакмуса в красный цвет и называются кислородными кислотами в отличие от кислот, не содержащих кислорода. Г. окислов металлов характеризуются легкой способностью вступать во взаимодействие с Г. окисл. металлоидов (и вообще с кислотами); точно также характерным признаком последних является их способность взаимодействовать с Г. первого типа. При этом взаимодействии получаются соль (продукт замещения водорода кислоты металлом) и вода, напр.: Са(OH)₂+H₂SO₄=CaSO₄+2H₂O (нейтрализация). Процесс непосредственного соединения окислов с водой называется гидратацией.

Г. называют также и такие соединения, как Na₂CO₃.10 Н₂O; CuSO₄.5H₂O и т. п. При выкристаллизовывании многих веществ из их водных растворов выделяются кристаллы соединений этих веществ с водой (кристаллогидраты). Они обладают постоянным химическим составом. Иногда они образуются с заметным выделением тепла; если вставить термометр в мешочек, содержащий белый порошок безводного медного купороса CuSO₄, и затем опустить мешочек в воду, то белый порошок посинеет - превратится в кристаллы Г. CuSO₄.5H₂O, а термометр покажет повышение температуры. При нагревании этих Г. они сравнительно легко теряют воду. Некоторые из них теряют воду уже при стоянии на воздухе при обыкновенной температуре. Поэтому формулы таких Г. пишут так, как приведено выше, т. е. рядом с формулой вещества пишут (отделив от первой точкой или запятой) столько раз взятую формулу частицы воды, сколько последних соединено тут с частицей данного вещества. Считают, следов., что, при образовании кристаллогидрата, частица вещества соединяется с одной или несколькими частицами воды так, что соединяющиеся частицы не претерпевают существенных изменений. Напротив, при образовании Г. окислов происходят изменения: частицы окисла и воды перестраиваются в частицу Г. окисла. Так, напр., при соединении окиси натрия с водой частицы их (Na₂O и Н₂O) перегруппировываются в новые частицы - NaOH. В этой новой частице нет воды, как таковой (НОН), и нет также окиси натрия (NaONa), а есть лишь гидроксил первой и металл второй.

Разложение кристаллогидр. на соответствующее вещество и воду увеличивается с повышением температуры; с понижением температуры происходит обратно - образование кристаллогидрата (гидратация). Если оставить стоять в открытом сосуде глауберову соль Na₂SO₄.10Н₂O, то постепенно она потеряет всю свою кристаллизационную воду. Но если ее оставить при той же температуре в закрытом сосуде, то она потеряет лишь часть своей воды. В закрытом сосуде происходит одновременно два процесса: происходит потеря воды кристаллогидратом, т. е. распадение его на Na₂SO₄ и воду, которая в виде паров уходит в пространство сосуда, находящееся над солью; но частички паров воды, оставаясь в сосуде, приходят при своем движении в соприкосновение с частицами безводной соли Na₂SO₄ и, соединяясь с ними, вновь образуют частицы кристаллогидрата Na₂SO₄.10Н₂O. Благодаря этому первый процесс не может дойти до конца, до полного разложения всех частиц кристаллогидрата. В открытом же сосуде отделяющиеся от кристаллогидр. частицы воды уносятся токами воздуха, и разложение может дойти до конца.

Кристаллогидраты образуют не только соли, но также и Г. окислов. Так, напр., Г. окиси бария Ва(OH)₂ образует кристаллогидрата состава Ва(OH)₂.8Н₂O; серная кислота дает кристаллогидраты, напр., H₂SO₄.Н₂O. Очень возможно, впрочем, что в последнем случае мы имеем дело с таким же Г. окисла, как и сама серная кислота, только содерж. не 2, а 4 гидроксила: SO(OH)₄.

Л. Писаржевский.

Источники:

1. Энциклопедический словарь Русского библиографического института Гранат. Том 14/13-е стереотипное издание, до 33-го тома под редакцией проф. Ю. С. Гамбурова, проф. В. Я. Железнова, проф. М. М. Ковалевского, проф. С. А. Муромцева и проф. К. А. Тимирязева- Москва: Русский Библиографический Институт Гранат - 1939.