Кристаллогидраты

8 заданий

Вода в кристалле

Кристаллогидраты — соли, в кристаллы которых входят молекулы воды: медный купорос \(\ce{CuSO4*5H2O}\), железный купорос \(\ce{FeSO4*7H2O}\), английская соль \(\ce{MgSO4*7H2O}\), кристаллическая сода \(\ce{Na2CO3*10H2O}\), квасцы \(\ce{KAl(SO4)2*12H2O}\). Вода в них не «мокрая»: она занимает строго определённые места в решётке — чаще всего координирует ион металла. В медном купоросе четыре молекулы воды окружают ион меди, пятая связана водородными связями: формулу точнее писать \(\ce{[Cu(H2O)4]SO4*H2O}\).

edit_noteРаствор из кристаллогидрата

Нужно 200 г 8,0 %-го раствора \(\ce{CuSO4}\). Безводной соли — 16,0 г; медного купороса — \(16{,}0\cdot249{,}7/159{,}6 = 25{,}0\) г; воды — \(200 - 25{,}0 = 175\) г (а не 184!). Вода кристаллогидрата — часть растворителя.

Кристаллогидраты по-разному ведут себя на воздухе. Кристаллическая сода выветривается: теряет воду и покрывается белым налётом. Хлорид кальция и нитрат аммония, наоборот, расплываются — поглощают влагу воздуха и растекаются лужицей; поэтому безводный \(\ce{CaCl2}\) служит осушителем.

scienceГидраты в реакциях

\(\ce{Na2CO3*10H2O -> Na2CO3*H2O + 9H2O}\) — выветривание кристаллической соды на воздухе.
\(\ce{2(CaSO4*2H2O) ->[120-130^\circ C] 2(CaSO4*0.5H2O) + 3H2O}\) — гипс превращается в алебастр.
\(\ce{2(CaSO4*0.5H2O) + 3H2O -> 2(CaSO4*2H2O)}\) — алебастр с водой снова твердеет: гипсовые повязки и лепнина.
\(\ce{CaCl2 + 6H2O -> CaCl2*6H2O}\) — безводный хлорид кальция поглощает воду.

auto_awesomeГипс Парижа

Алебастр по-английски — plaster of Paris: вокруг Парижа, на Монмартре, веками добывали гипс и обжигали его. В 1850-х годах голландский военный хирург Антониус Матейсен стал пропитывать бинты алебастром — так появилась гипсовая повязка, заменившая шины из дерева и картона.

Обезвоживание с гидролизом

Не всякий кристаллогидрат при нагревании превращается в безводную соль. Если катион сильно поляризует воду (маленький и многозарядный — \(\ce{Mg^2+}\), \(\ce{Al^3+}\), \(\ce{Fe^3+}\)), при нагревании идёт гидролиз: молекула координированной воды отдаёт протон аниону, и улетает не вода, а хлороводород.

scienceГидролиз при нагревании

\(\ce{MgCl2*6H2O ->[t] Mg(OH)Cl + HCl ^ + 5H2O}\), затем \(\ce{Mg(OH)Cl ->[t] MgO + HCl ^}\).
\(\ce{2(AlCl3*6H2O) ->[t] Al2O3 + 6HCl ^ + 9H2O}\) — хлорид алюминия дегидратацией не получить.
\(\ce{2(FeCl3*6H2O) ->[t] Fe2O3 + 6HCl ^ + 9H2O}\).
\(\ce{MgCl2*6H2O ->[t,\ \text{ток HCl}] MgCl2 + 6H2O}\) — в токе хлороводорода гидролиз подавлен.
\(\ce{CuSO4*5H2O ->[250^\circ C] CuSO4 + 5H2O}\) — сульфаты теряют воду без гидролиза: анион слабо основный.

Отсюда практическое правило: безводные хлориды магния, алюминия, железа(III), цинка получают не обезвоживанием гидратов, а прямым синтезом (\(\ce{2Al + 3Cl2 -> 2AlCl3}\)), хлорированием оксида с углём или обезвоживанием в токе \(\ce{HCl}\) либо тионилхлорида (\(\ce{SOCl2}\)).

history_eduМагний из морской воды

Магний получают электролизом расплава безводного \(\ce{MgCl2}\). Когда в 1941 году компания Dow Chemical начала добывать магний из морской воды в Техасе, главной технической задачей было как раз обезвоживание хлорида магния без гидролиза: гидрат сушили в токе хлороводорода. Магний шёл на авиационные сплавы и зажигательные бомбы Второй мировой войны.

push_pinГлавное

Кристаллогидрат несёт воду в формуле: для приготовления раствора с заданной долей безводной соли берут массу гидрата \(m_\text{а}\cdot M_\text{гидр}/M_\text{а}\), а вода гидрата входит в растворитель. Одни гидраты на воздухе выветриваются (\(\ce{Na2CO3*10H2O}\)), другие расплываются (\(\ce{CaCl2*6H2O}\)). Гипс при 120–130 °C теряет ¾ воды и превращается в алебастр, который с водой снова твердеет. Гидраты хлоридов магния, алюминия, железа при нагревании гидролизуются — безводную соль так не получить.

Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.