mozok.click » Хімія » Строение молекулы воды. Растворение веществ в воде. Кристаллогидраты
Інформація про новину
  • Переглядів: 3645
  • Автор: admin
  • Дата: 26-09-2017, 07:50
26-09-2017, 07:50

Строение молекулы воды. Растворение веществ в воде. Кристаллогидраты

Категорія: Хімія

Вспомните:

• химические соединения имеют постоянный состав, который записывают химической формулой; количество атомов того или иного элемента в молекуле или формульной единице указывают индексом, количество отдельных атомов, молекул или формульных единиц указывают коэффициентом;

• у растворов и других смесей нет постоянного состава;

• термин «формульная единица» используют вместо термина «молекула» для веществ ионного или атомного строения.

Вода — полярный растворитель

Вода — самый распространенный растворитель в природе. В молекуле воды между атомами Оксигена и Гидрогена существует ковалентная полярная связь, благодаря чему на атоме Оксигена появляется частичный отрицательный электрический заряд, а на атомах Гидрогена — положительный (рис. 4.1). Значит, молекула воды со стороны атома Оксигена заряжена отрицательно, а со стороны Гидрогена — положительно. Частицу, в которой на разных ее концах существуют полюса зарядов, называют диполем. Молекула воды является диполем, который можно условно изобразить в виде эллипса, как на рисунке 4.2. Благодаря такому распределению электрических зарядов молекула воды обладает полярностью, а воду называют полярным растворителем, причем среди всех известных растворителей вода наиболее полярна.



Растворение веществ в воде

Рассмотрим процесс растворения в воде соли — вещества ионного строения. При попадании кристалла соли в воду молекулы воды ориентируются вокруг заряженных ионов: к положительно заряженным ионам молекулы притягиваются отрицательным полюсом, а к негативным ионам — положительным полюсом (рис. 4.3). Молекулы воды начинают притягивать ионы к себе. Когда сила притяжения ионов к молекулам воды становится больше силы удерживания ионов между собой, ион в окружении молекул воды переходит в раствор. Молекулы воды, окружающие ионы в растворе, называют гидратной оболочкой, а сами ионы, окруженные молекулами воды,— гидратами. Аналогичным образом растворяются в воде и молекулярные вещества.

В процессе растворения веществ можно выделить три стадии:

1) взаимодействие частиц вещества с молекулами растворителя — гидратация;

2) разрушение структуры вещества (кристаллических решеток);

3) распределение гидратированных частиц в растворителе — диффузия.


Тепловые явления при растворении

При образовании гидратов теплота выделяется благодаря образованию новых межмолекулярных связей между частицами, а на стадии разрушения кристалла — поглощается: энергия расходуется на разрушение связей между частицами в кристалле.

В зависимости от совокупности тепловых эффектов на двух стадиях процесс растворения протекает с поглощением или выделением теплоты (Q):

• если при гидратации энергии выделяется больше, чем расходуется на разрушение кристаллической решетки, то при растворении вещества теплота выделяется и раствор нагревается;

• если на разрушение кристалла расходуется энергии больше, чем выделяется при гидратации, то раствор охлаждается.

В большинстве случаев при растворении вещества в воде выделение или поглощение теплоты проходит незаметно, поскольку обычно мы растворяем небольшие порции веществ. Температура такого раствора если и меняется, то только на несколько градусов, что трудно заметить без термометра. Но иногда тепловые эффекты хорошо заметны. Так, при растворении концентрированной сульфатной кислоты в воде выделяется так много теплоты, что вода может закипеть. При растворении некоторых солей, например аммоний нитрата, раствор заметно охлаждается: поверхность стакана покрывается капельками воды и может примерзнуть к столу (рис. 4.5).

Процесс растворения веществ в некоторой степени можно назвать и физическим, и химическим. С одной стороны,

при растворении вещества происходит его измельчение, что является признаком физического процесса. С другой стороны, при растворении обязательно происходит поглощение или выделение теплоты, а в некоторых случаях даже образуются новые вещества, что является признаком химического процесса. Однако процесс растворения не относят ни к тому, ни к другому, а называют его физико-химическим процессом.

Как быстрее растворить вещество?

Зная, как происходит растворение вещества, мы можем предположить, как ускорить этот процесс. На скорость растворения, во-первых, влияет степень измельчения веществ: чем мельче кристаллы, тем больше площадь соприкосновения между веществом и растворителем, и вещество растворяется быстрее.

Во-вторых, на скорость растворения существенно влияет перемешивание: процесс диффузии достаточно длительный, а при перемешивании уже гидратированные частицы не скапливаются вокруг кристалла, а отдаляются от него, освобождая место для новых, пока не соединенных молекул растворителя.

В-третьих, на скорость растворения влияет температура раствора. Вам известно, что в горячей воде сахар растворяется гораздо быстрее, чем в холодной. Это связано с тем, что в горячем растворителе скорость диффузии значительно больше. Также существенным является то, что при повышении температуры молекулы или ионы в кристаллической решетке колеблются быстрее, и это облегчает разрушение кристаллической решетки вещества.

Кристаллогидраты

В составе некоторых солей иногда содержатся молекулы воды. Например, медный купорос — это кристаллическое вещество, состоящее из купрум(П) сульфата и воды (рис. 4.6). Но в отличие от раствора купрум(П) сульфата, в котором соотношение соли и воды может быть любым, в медном купоросе на каждую формульную единицу купрум(П) сульфата приходится пять молекул воды. Это существенно отличает медный купорос от раствора купрум(П) сульфата. Значит, медный купорос — это индивидуальное химическое соединение с определенной химической формулой, а не механическая смесь двух веществ.

Веществ, в составе которых кроме солей содержится вода, существует достаточно много, все они имеют кристаллическое строение,

поэтому их называют кристаллогидратами. Воду, содержащуюся в составе кристаллогидратов, называют кристаллизационной.

Кристаллогидраты — это нестойкие кристаллические вещества, состоящие из соли и кристаллизационной воды в определенном стехиометрическом соотношении.

Поскольку кристаллогидраты обладают постоянным составом, его можно описать химической формулой. Например, состав медного купороса записывают так: CuSO4 • 5H2O. По современной номенклатуре, медный купорос называется купрум сульфат(П) пентагидрат, а его формулу обычно произносят так: купрум эс о четыре на пять молекул воды.

Большинство кристаллогидратов ярко окрашены и имеют собственные традиционные названия (рис. 4.6).

Обычно кристаллогидраты являются нестойкими соединениями, которые при нагреве легко теряют кристаллизационную воду, превращаясь в обычные безводные соли. Так, при прокаливании медного купороса синие кристаллы превращаются в белый порошок безводного купрум(П) сульфата (рис. 4.7, а, с. 30):

При хранении безводных солей в негерметичных сосудах они поглощают воду из воздуха и превращаются в кристаллогидраты (рис. 4.7, б). Большинство почв, пород и минералов представляют собой кристаллогидраты различных соединений.

Лингвистическая задача

Из 7 класса вам известно понятие «гидрат», которое означает «продукт присоединения воды». Что общего и чем отличаются понятия «гидрат» и «кристаллогидрат»?


Ключевая идея

Вода — полярный растворитель и хорошо растворяет другие полярные вещества. В истинных растворах вещества существуют в виде гидратов — отдельных ионов или молекул, окруженных молекулами воды.

Контрольные вопросы

42. Почему молекула воды полярная? Какие частицы называют диполями?

43. Опишите процесс растворения веществ в воде.

44. Почему при растворении веществ поглощается или выделяется теплота? От чего это зависит?

45 К каким процессам — физическим или химическим — относится процесс растворения? Ответ поясните.

46. Какие факторы и как влияют на скорость растворения веществ? Какие условия необходимо создать для ускорения процесса растворения?

47. Можно ли выделить кристаллизационную воду из кристаллогидратов? Каким образом?

Задания для усвоения материала

48. Как отличить кристаллогидрат от безводной соли?

49. Составьте уравнения реакций, протекающих при прокаливании глауберовой соли и кристаллической соды.

50. Магний сульфат образует кристаллогидрат, который называют английской солью. Ученик растворил английскую соль массой 1,23 г в воде и добавлял раствор барий хлорида до завершения процесса

образования осадка. Масса осадка получилась 1,165 г. Определите состав английской соли.

51. Определите формулу кристаллогидрата натрий карбоната, если известно, что при прокаливании этого вещества массой 14,3 г его масса уменьшилась на 9 г.

52. В народных сказках встречается ситуация, когда герой выжимает воду из камня. Возможно ли такое с химической точки зрения?

53. Как вы считаете, отличается ли механизм растворения молекулярных и ионных веществ? Вещества с каким типом связи лучше растворяются в воде? Ответ обоснуйте.

 

Это материал учебника Химия 9 класс Григорович

 






^