Самые известные кристаллогидраты

Общие положения

Растворы занимают промежуточное место между химическими соединениями и механическими смесями. Однородность растворов делает их схожими с химическими соединениями, также на химическое взаимодействие между компонентами растворов указывает выделение теплоты при растворении некоторых веществ.

Еще одним доказательством того, что компоненты раствора химически взаимодействуют друг с другом, служит тот факт, что многие вещества выделяются из водных растворов в виде кристаллов, содержащих кристаллизованную воду – гидратов; причем на каждую молекулу растворенного вещества приходится определенное число молекул воды. Как правило, гидраты – нестойкие соединения, во многих случаях они разлагаются уже при выпаривании растворов. Но иногда гидраты так прочны, что при выделении растворенного вещества из раствора вода входит в состав его кристаллов. Вещества, в состав которых входят молекулы воды называются кристаллогидратами, а содержащаяся в них вода – кристаллизационной. Состав кристаллогидратов принято изображать формулами, показывающими, какое количество кристаллизованной воды содержит кристаллогидрат. Например, кристаллогидрат сульфата натрия, содержащий на один моль сульфата натрия десять молей воды выражается формулой

В нашей жизни получили широкое распространение тривиальные названия веществ. В таблице 1 приведены наиболее часто встречающиеся формулы кристаллогидратов, их тривиальные названия и названия по систематической номенклатуре, рекомендованной ИЮПАК.

Таблица 1

Самые известные кристаллогидраты

Кристаллогидрат	Тривиальное название	Название по систематической номенклатуре
	Алебастр, жженый гипс	Гидрат сульфата кальция
	Английская соль, горькая соль	Гептагидрат сульфата магния
	Алюмогель	Гидрат оксида алюминия
	Бура	Декагидрат тетрабората натрия
	Белый купорос, цинковый купорос	Гептагидрат сульфата цинка
Кристаллогидрат	Тривиальное название	Название по систематической номенклатуре
	Глауберова соль	Декагидрат сульфата натрия
	Железный купорос, зеленый купорос	Гептагидрат сульфата железа (II)
	Желтая кровяная соль	Тригидрат гексацианоферрата (II) калия
	Кристаллическая сода	Декагидрат карбоната натрия
	Медный купорос, синий купорос, синий камень	Пентагидрат сульфата меди (II)
	Норвежская селитра	Тетрагидрат нитрата кальция
	Оловянная соль	Гидрат дихлородиакваолова (II)
	Преципитат	Дигидрат гидрофосфата кальция
	Силикагель	Полигидрат оксида кремния

Растворы отличаются от химических соединений тем, что состав взаимодействующих веществ может изменяться в широких пределах. В свойствах раствора можно обнаружить многие свойства компонентов его составляющих, что характерно для механических соединений.

Исходя из всего вышесказанного, можно дать следующее определение раствора.

Раствор – однородная многокомпонентная система, состоящая из растворителя, растворённых веществ и продуктов их взаимодействия, относительные количества которых могут изменяться в широких пределах.

Существует несколько способов классификации растворов.

I. По агрегатному состоянию:

1. Жидкие (морская вода)

2. Газообразные (воздух)

3. Твёрдые (многие сплавы металлов)

В химической практике наиболее важны растворы, приготовленные на основе жидкого растворителя. Именно жидкие однородные смеси в химии называют просто растворами. Наиболее широко применяемым неорганическим растворителем является вода. Растворы с другими растворителями называются неводными.

II. По размеру частиц растворенного вещества:

1. Истинные (размер частиц менее 1·10⁻⁹ м)

Растворенное вещество диспергировано до атомного или молекулярного уровня, частицы растворенного вещества не видимы ни визуально, ни под микроскопом, свободно передвигаются в среде растворителя. Истинные растворы – термодинамически устойчивые системы, неограниченно стабильные во времени.

2. Коллоидные (размер частиц 1·10⁻⁹ м — 5·10⁻⁷ м)

Частицы в таких растворах можно обнаружить при помощи ультрамикроскопа

III. С точки зрения термодинамики:

1. Идеальный

Внутренняя энергия каждого компонента не зависит от концентрации. Компоненты раствора смешиваются, как идеальные газы; предполагается, что сил взаимодействия между частицами нет, и вещества смешиваются без выделения или поглощения теплоты.

2. Неидеальный (реальный) Растворы, не удовлетворяющие условиям идеальных растворов, относят к реальным. Чем меньше концентрация раствора, тем ближе он к идеальному раствору.

IV. По величине электрической проводимости:

1.Электролитический (проводит электрический ток)

2. Неэлектролитический (электрический ток не проводит)

V. По количеству растворенного в нем вещества:

1. Насыщенный раствор – раствор, который находится в динамическом равновесии с избытком растворённого вещества, то есть молекулярные или ионные частицы, распределённые в жидком растворе, присутствуют в нём в таком количестве, что при данных условиях не происходит дальнейшего растворения вещества. Насыщенный раствор является стабильной системой, т.е. может существовать при данной температуре без изменения сколько угодно долго.

Пример: если поместить 50 г NaCl в 100 г H2O, то при 20 ºC растворится только 36 г соли.

2. Ненасыщенный раствор – раствор, содержащий меньше вещества, чем необходимо для насыщения.

Пример: если поместить в 100 г воды при 20 ºC менее 36 г NaCl.

3. Перенасыщенный раствор – раствор, в котором при данной температуре находится в растворенном состоянии больше вещества, чем в его насыщенном растворе при тех же условиях.

Пример: При нагревании смеси соли с водой до 100 ^○C произойдёт растворение 39,8 г NaCl в 100 г воды. Если теперь удалить из раствора нерастворившуюся соль, а раствор осторожно охладить до 20 ºC, избыточное количество соли не всегда выпадает в осадок. В этом случае мы имеем дело с перенасыщенным раствором. Такие растворы очень неустойчивы. Помешивание, встряхивание, добавление крупинок соли может вызвать кристаллизацию избытка соли и переход в насыщенное устойчивое состояние.

Любой раствор состоит из растворителя и растворенного вещества. В случае растворов газов или твердых веществ в жидкостях растворителем обычно считается жидкость, а растворенным веществом – растворенный газ или твердое вещество, независимо от их относительного количественного содержания. Когда компоненты обладают ограниченной смешиваемостью, то растворителем является тот, прибавление которого к раствору возможно в неограниченном количестве без нарушения гомогенности. Если компоненты обладают неограниченной растворимостью, то можно выделить два случая. При значительном различии содержания компонентов растворителем считается вещество, присутствующее в относительно большем количестве. Понятия растворитель и растворенное вещество теряют смысл, когда речь идет о смесях с примерно равными или близкими концентрациями компонентов.

Содержание растворенного вещества в растворе может быть выражено либо безразмерными единицами – долями или процентами, либо величинами размерными – концентрациями.

Концентрацией раствора называют содержание растворенного вещества в единице объема или массы раствора или растворителя. Растворы, содержащие растворенное вещество в количестве, соизмеримом с количеством растворителя, называют концентрированными. Растворы с малой концентрацией растворенного вещества, называют разбавленными. Граница между концентрированными и разбавленными растворами условна.

В химии используют более десятка способов выражения концентрации. Ниже в таблице 2 приведены наиболее часто употребляемые на практике способы выражения содержания растворенного вещества в растворе.