Гидраты

Гидраты. Жженая известь, или окись кальция, СаО, при обливании водой сильно разогревается и рассыпается в белый порошок, — получается гашеная известь. Здесь происходит химический процесс соединения окиси кальция с водой, причем образуется гидрат окиси кальция: СаО+НОН = Са(ОН)₂. Окись металла натрия с водой дает гидрат окиси натрия: Na₂О + НОН = 2NaOH. Такого рода гидраты называются гидратами окислов металлов.

Растворимые в воде гидраты 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 + 2НОН = Са (ОН)₂ + Н₂. На основании этого способа получения гидраты 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 гидратов окислов металлов. Нерастворимые в воде гидраты окисляющие металл не получаются непосредственным соединением с водой их окислов. Обычно их получают, действуя раствором щелочи на соответствующую соль; так, например, получается гидрат  окиси железа: FеСl₃ + 3NaOH  = Fе(ОН)₃ + 3NaCl. Не только окислы металлов способны образовать гидраты окислов. Трехокись серы SO₃, например, энергично, с большим выделением тепла, соединяется с водой, образуя гидраты: SO₃ + НОН = SO₂(OН)₂, серную кислоту. Такие гидраты, т. е. гидраты 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. Гидраты  окислов металлов характеризуются легкой способностью вступать во взаимодействие с гидратами окислов металлоидов (и вообще с кислотами); точно также характерным признаком последних является их способность взаимодействовать с гидратами первого типа. При этом взаимодействии получаются соль (продукт замещения водорода кислоты металлом) и вода, например: Са(ОН)₂ + H₂SO₄ = CaSО₄+2Н₂О (нейтрализация). Процесс непосредственного соединения окислов с водой называется гидратацией.

Гидратами  называют также и такие соединения, как Na₂CO₃.10Н₂О; CuSO₄.5Н₂O 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 CuSО₄, и затем опустить мешочек в воду, то белый порошок посинеет — превратится в кристаллы гидрата CuSО₄.5Н₂О, а термометр покажет повышение температуры. При нагревании этих гидратов они сравнительно легко теряют воду. Некоторые из них теряют воду уже при стоянии на воздухе при обыкновенной температуре. Поэтому формулы таких гидратов 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, следовательно, что, при образовании кристаллогидрата, частица вещества соединяется с одной или несколькими частицами воды так, что соединяющиеся частицы не претерпевают существенных изменений. Напротив, при образовании гидратов окислов происходят изменения: частицы окисла и воды перестраиваются в частицу гидраты окисла. Так, например, при соединении окиси натрия с водой частицы их (Na₂О и Н₂О) перегруппировываются в новые частицы — NaOH. Вь этой новой частице нет воды, как таковой (НОН), и   нет также окиси натрия (NaONa), а  есть лишь гидроксил первой и металл второй.

Разложение кристаллогидратов 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 Na₂SО₄.10Н₂О, 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 происходят одновременно два процесса: происходит потеря воды кристаллогидратом, т. е. распадение его на Na₂SО₄ 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 Na₂SО₄ и, соединяясь с ними, вновь образуют частицы кристаллогидрата Na₂SО₄.10Н₂О. Благодаря этому первый процесс не может дойти до конца, до полного разложения всех частиц кристаллогидрата. В открытом же сосуде отделяющиеся от кристаллогидратов частицы воды уносятся токами воздуха, и разложение может дойти до конца.

Кристаллогидраты образуют не только соли, но также и гидраты окислов. Так, например, гидраты окиси бария Ва(ОН)₂ образует кристаллогидрат состава Ва(ОН)₂.8Н₂О; серная кислота дает кристаллогидраты, например, Н₂SО₄.Н₂О. Очень возможно, впрочем, что в последнем случае мы имеем дело с таким же гидратом окисла, как и сама серная кислота, только содержит не 2, а 4 гидроксила: SО(ОН)₄.

Л. Писаржевский.