0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое гидратация

ГИДРАТАЦИЯ

ГИДРАТАЦИЯ (от греч. hydor-вода), присоединение воды к молекулам, атомам или ионам. Может осуществляться без разрушения или с разрушением молекул воды. Гидратация без разрушения молекул воды приводит к гидратам. Обусловлена электростатич. и ван-дер-ваальсовым взаимодействиями, координационными и иногда водородными связями. Гидратация в растворе-частный случай сольватации.

Наиб. изучена гидратация ионов в р-рах электролитов. Энтальпии гидратации одно-, двух- и трехзарядных катионов, отсчитанные от их стандартных состояний в вакууме, имеют порядок соотв. — 400, — 1500 и — 3000 кДж/моль. Первичной гидратацией наз. взаимод. ионов только с соседними молекулами воды, вторичной — с более отдаленными. Координац. числа первичной Г, изменяются от 4 (Be 3+ ) до 8-9 (La 3+ и ионы лантаноидов). Концентрация р-ра, при к-рой вся вода расходуется на образование только первичных гидратов, наз. границей полной гидратации. Экспериментально определяют только суммарные термодинамич. характеристики гидратации катионов и анионов, образующих соли. Эти величины относят к переходу ионов из вакуума в р-р; разделить их на составляющие для отдельных ионов можно лишь приблизительно. Точность теоретич. расчетов энергии гидратации ионов квантово-хим. и др. методами в Наиб. благоприятных случаях составляет неск. процентов.

Гидратация молекул в р-рах изучена недостаточно. Энтальпии гидратации молекул, отсчитанные, как и для ионов, от их стандартных состояний в вакууме, содержат вклад, обусловленный влиянием молекул растворенного в-ва на водородные связи между молекулами воды, и обычно не превышают неск. десятков кДж/моль.

Гидратация — важный фактор, обусловливающий р-римость в-в в воде, электролитич. диссоциацию, распределение в-в между фазами в многокомпонентных системах, содержащих воду, кинетику и равновесие р-ций в водных р-рах, образование кристаллогидратов (см. также Растворы неэлектролитов, Растворы электролитов, Гидраты):

Гидратация с разрушением молекул воды широко распространена в неорг. и орг. химии. Гидратация оксидов элементов приводит в зависимости от их природы к образованию щелочей, к-т или амфотерных гидроксидов. Эта р-ция-основа мн. пром. процессов, напр. получения серной и азотной к-т, твердения вяжущих материалов (при этом происходит также образование кристаллогидратов). С.И. Дракин.

Гидратация орг. соед. обычно осуществляется в р-рах в присут. щелочных или кислотных катализаторов, а в паровой фазе при повыш. т-рах и давлениях в присут., напр., фосфатов Сu, Zn, Cd, оксидов W, А12О3 с разл. добавками. Широко изучена гидратация олефинов. Присоединение воды по двойным связям олефинов в присут. сильных неорг. к-т, часто вместе с солями ртути, реализуется по правилу Марковникова и приводит к вторичным и третичным спиртам. Первая стадия р-ции — медленное присоединение протона по двойной связи с образованием карбкатиона, к-рый затем быстро реагирует с анионом ОН — . По такому же механизму происходит гидратация ацетиленов, приводящая к карбонильным соед. (см. также Кучерова реакция).

Щелочная гидратация нитрилов до амидов осуществляется по нуклеоф. механизму. По этому же механизму гидратируются соед., содержащие электроноакцепторные заместители (хлораль, мезоксалевая к-та, гексафторацетон) и,ненасыщенные карбонильные соединения. Гидратация лактамов и лактонов с раскрытием цикла может осуществляться по нуклеоф. и электроф. механизмам аналогично гидролизу сложных эфиров и амидов.

Гидратация непредельных углеводородов-важнейшая стадия во мн. процессах переработки нефтяного сырья, попутных и прир. газов. Гидратация используется в пром-сти для получения, напр., этанола из этилена, изопропанола из пропилена, ацетальдегида и ацетона из ацетилена, этиленгликоля из этиленоксида, уксусной к-ты и ее ангидрида из кетена. Гидратация-одна из стадий синтеза карбоновых к-т из олефинов. См. также Дегидратация.

===
Исп. литература для статьи «ГИДРАТАЦИЯ»: Креетов Г. А., Термодинамика ионных процессов в растворах, 2 изд., Л., 1984.

Страница «ГИДРАТАЦИЯ» подготовлена по материалам химической энциклопедии.

ГИДРАТАЦИЯ. ГИДРАТЫ. ГИДРОЛИЗ

ГИДРАТАЦИЯ. ГИДРАТЫ. ГИДРОЛИЗ. Гидратация (греч. «хюдор» – вода) – присоединение воды к ионам, атомам или молекулам. Продукты такого процесса называются гидратами. Гидролиз (греч. «лисис» – разложение, растворение) – химическая реакция разложения вещества водой.

В течение многих лет химики считали растворение веществ в воде чисто физическим процессом. И сейчас в школьных учебниках к таковым относят, например, растворение в воде сахара. Действительно, при испарении воды из раствора сахара при пониженном давлении легко получить исходное вещество в неизменном виде.

В то же время накапливались данные о том, что процесс растворения нельзя считать чисто механическим смешением компонентов, как, например, гексана и гептана. Так, растворы хлорида натрия и многих других соединений обладают электропроводностью, а сам процесс растворения нередко сопровождается значительными тепловыми эффектами (см. ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКАЯ ДИССОЦИАЦИЯ). Более того, некоторые соединения при растворении изменяют даже цвет. Например, сульфат меди бесцветный, а его разбавленный раствор – голубой, хлорид кобальта(II) голубой, а его водные растворы розовые. Все эти факты показывают, что растворение в воде – физико-химический процесс, вызванный гидратацией, то есть взаимодействием вещества с водой.

В ходе гидратации в ряде случаев происходит обратимое присоединение воды к ионам, атомам или молекулам растворяемого вещества с образованием гидратов. Так, при растворении в воде кристаллических ионных соединений (солей, щелочей, а также некоторых кислот, например, лимонной и щавелевой), молекулярных соединений (хлороводорода, серной кислоты, спирта, глюкозы и др.) происходит гидратация катионов и анионов, из которых состоит растворяемое вещество, либо гидратация ионов, образующихся в процессе растворения. При этом молекулы воды сохраняются как целое.

В процессе гидратации ионов участвует множество молекул воды, которые, благодаря электростатическим силам, окружают ионы со всех сторон гидратной «шубой», при этом лишь несколько молекул воды образуют первый, наиболее прочно связанный с центральным ионом слой. В целом же при гидратации ионов выделяется значительная энергия, так, при гидратации катионов Н + выделяется 1076 кДж/моль – это в 2,5 раза больше энергии диссоциации молекул Н2 на атомы. Энергия гидратации тем больше, чем меньше размер иона и чем больше его заряд. Например, энергия гидратации большого по размерам иона Cs + в 4 раза меньше, чем для иона Н + . Энергию гидратации ионов трудно определить экспериментально, но можно рассчитать на основании электростатических моделей. Энергии гидратации некоторых ионов приведены в таблице.

Алгебраическая сумма энергии кристаллической решетки (или энергии разрыва связей) растворяемого вещества и энергии гидратации ионов определяет суммарный тепловой эффект растворения. В случае ионных соединений процесс может быть существенно экзотермическим (растворение в воде серной кислоты, гидроксидов натрия и калия может вызвать даже вскипание раствора), существенно эндотермическим (стакан с водой, в котором быстро растворяют нитрат аммония, примерзает к влажной подставке) или термонейтральным (растворение бромида натрия практически не сопровождается изменением температуры).

Гидратация многих безводных солей дозированным количеством воды (например, из газовой фазы) приводит к образованию твердых гидратов определенного состава, которые называются кристаллогидратами. Этот процесс всегда сопровождается выделением теплоты. Гидратация может быть ступенчатой, в зависимости от количества доступной воды и температуры. Одновременно может изменяться и цвет ионов. Например, при гидратации бесцветного сульфата меди(II) последовательно образуются различные окрашенные кристаллогидраты, из которых выделены в чистом виде моногидрат CuSO4·H2O, тригидрат CuSO4·3H2O и пентагидрат (медный купорос) CuSO4·5H2O. В разбавленных растворах присутствуют cине-зеленые гидраты – аква-ионы Cu(OH)6 2+ . Потеря воды розовым аква-ионом Со(Н2О)4 2+ приводит к появлению синей окраски.

При кристаллизации многих солей из их водных растворов молекулы воды входят в состав кристаллической решетки с образованием кристаллогидратов различного состава, например, LiCl·H2O, CuCl2·2H2O, Ba(ClO4)2·3H2O, CdBr2·4H2O, Na2S2O3·5H2O, AlCl3·6H2O, FeSO4·7H2O, MgI2·8H2O, Fe(NO3)3·9H2O, Na2SO4·10H2O, Na2HPO4·12H2O, Al2(SO4)3·18H2O и др. При нагревании, а также при хранении на воздухе (особенно при низкой влажности) многие кристаллогидраты выветриваются, теряя частично или полностью молекулы воды.

Гидратация молекулярных соединений происходит обычно за счет водородных связей и, как правило, не сопровождается существенным тепловым эффектом. Примером может служить растворение сахара. Молекулы воды легко образуют водородные связи с гидроксильными группами, поэтому даже вещества с большими молекулами хорошо растворяются в воде, если содержат много гидроксильных групп (сахароза, поливиниловый спирт). Соединения с небольшими полярными молекулами также легко гидратируются полярными молекулами воды, поэтому такие соединения обычно хорошо растворяются в воде. Примером может служить ацетонитрил СН3CN, который смешивается с водой в любых отношениях.

Необычные гидраты с некоторыми соединениями образует вода, находящаяся в твердом состоянии. В этих гидратах атомы, молекулы ряда веществ включаются в пустоты кристаллической решетки льда. Эти пустоты могут заполняться небольшими молекулами, такими как О2, N2, H2S, СН4, атомами благородных газов. Такие соединения «без химической связи» называют газовыми гидратами. Другие их название – клатраты (соединения включения). Отсутствие химических связей приводит к самым необычным соотношениям молекул воды и включенного вещества. Например, при низких температурах устойчивы соединения, содержащие на 46 молекул Н2О восемь атомов аргона, криптона, ксенона или радона. А вот маленькие атомы гелия и неона таких клатратов не образуют, так как они «ускользают» из слишком больших для них пустот. Клатрат состава Сl2·8H2O получил еще Дэви в 1811 из насыщенного при 0° С водного раствора хлора.

Клатраты, образованные водой и метаном, а также другими газами, часто называют газовыми гидратами. Внешне они похожи на снег или рыхлый лет, но под давлением могут существовать и при плюсовых температурах. Поэтому газовые гидраты могут закупорить газопровод и привести к аварии. Гидраты метана широко распространены в природе, в особенности на шельфе океанов; запасы природного газа в виде газовых гидратов значительно превышают его запасы в свободном состоянии.

Гидратация как химическое взаимодействие с водой может сопровождаться разрушением молекул воды, в этом случае происходит необратимая химическая реакция, которую обычно называют гидролизом – разложением водой. Реакции гидролиза известны как в неорганической, так и в органической химии. Примерами гидролиза неорганических соединений могут служить следующие процессы:

Гидролиз солей, образованных сильным основанием (щелочью) и слабой кислотой или слабым основанием и сильной кислотой сопровождается изменением кислотности среды: Na2S + H2O ® NaHS + NaOH, AlCl3 + H2O ® Al(OH)Cl2 + HCl. В случае таких солей как Al2S3 (их можно получить только сухим путем) гидролиз идет до конца с выделением гидроксида металла и слабой кислоты.

В органической химии реакции гидролиза сопровождаются либо разрушением органической молекулы (гидролиз сложных эфиров, белков): CH3COOC2H5 + H2O ® CH3COOH + C2H2OH, либо заменой в молекуле какой-либо группы на остаток молекулы воды, обычно гидроксил (гидролиз алкилгалогенидов): C2H5Br + H2O ® C2H5OH + HBr. В обоих случаях гидролизу способствует присутствие щелочи, которая связывает выделяющуюся кислоту. В случае белков и других биологически активных молекул реакцию гидролиза направляют в нужном направлении специальные ферменты – гидролазы. Например, фермент амилаза способствует гидролизу крахмала; фермент трипсин направленно гидролизует в белках пептидные связи, образованные аминокислотами аргинином и лизином.

Примерами реакции гидратации в органической химии может служить каталитическая гидратация алкенов с образованием спиртов:

Реакции гидратации широко используются в промышленном органическом синтезе. Например, каталитической гидратацией из этилена получают этиловый спирт, из пропилена – пропиловый спирт, из ацетилена – уксусный альдегид, из метилацетилена – ацетон. Реакция гидратации с образованием гидратов является ключевой при формовании изделий из гипса, при «схватывании» цемента. Образование газовых гидратов используют для разделения многокомпонентных газовых смесей. Наличие запасов гидратов метана в недрах Земли перспективно для будущей добычи природного газа. Реакции гидролиза широко используются в лабораторной практике и в промышленности. Гидролизом целлюлозы получают называемый гидролизный этиловый спирт, гидролизом сахарозы – глюкозу и фруктозу, гидролизом жиров – глицерин и соли карбоновых кислот – мыла. Ферментативный гидролиз органических соединений широко применяется в пищевой, текстильной и фармацевтической промышленности.

Гидратация

Геологический словарь: в 2-х томах. — М.: Недра . Под редакцией К. Н. Паффенгольца и др. . 1978 .

Горная энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . Под редакцией Е. А. Козловского . 1984—1991 .

Смотреть что такое «Гидратация» в других словарях:

Гидратация — иона натрия Гидратация (от др. греч. ὕδωρ вода) присоединение молекул воды к молекулам или … Википедия

ГИДРАТАЦИЯ — Общее название, прилагаемое обыкновенно ко всем химическим реакциям, при котор. происходит присоединение воды. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. гидратация ((гр. hydor вода) присоединение воды к… … Словарь иностранных слов русского языка

ГИДРАТАЦИЯ — ГИДРАТАЦИЯ, хим. термин, обозначающий процесс присоединения воды к какому либо веществу. Сюда относятся: I. Выделение из водного раствора какого либо вещества кристаллов, содержащих на одну молекулу вещества разное колич. молекул воды.… … Большая медицинская энциклопедия

ГИДРАТАЦИЯ — присоединение воды к веществу. Может протекать с разрушением молекул воды, напр., при синтезе этанола гидратация этилена, или без их разрушения, напр., при образовании кристаллогидратов. Обусловливает растворимость веществ в воде,… … Большой Энциклопедический словарь

гидратация — сольватация Словарь русских синонимов. гидратация сущ., кол во синонимов: 5 • гипергидратация (1) • … Словарь синонимов

Гидратация — [гр. hydro – вода] – межмолекулярное взаимодействие веществ, обладающих избыточной свободной энергией, с водой, при котором молекулы воды не разрушаются, с образованием новых соединений – гидратов постоянного или переменного… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

ГИДРАТАЦИЯ — ГИДРАТАЦИЯ, присоединение воды ионом или веществом. Гидрат комплексное соединение, как, например, сульфат меди (II), которое содержит связанную воду, чьи молекулы слабо привязаны к каждому кристаллу (CuSO435H2O). ЭТАН может быть гидратирован для… … Научно-технический энциклопедический словарь

гидратация — Химическое присоединение воды к различным веществам [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС Госстроя СССР)] EN hydration DE Hydration FR hydratation … Справочник технического переводчика

гидратация — Вид механического выветривания горных пород, когда при наличии воды внутри минералов она расширяет поры и приводит к разрушению породы … Словарь по географии

ГИДРАТАЦИЯ — присоединение молекул воды к различным веществам; является частным случаем (см.). Г. широко применяют для получения кислот, спиртов, альдегидов, гашёной извести и др … Большая политехническая энциклопедия

Источники:

http://www.xumuk.ru/encyklopedia/1018.html
http://www.krugosvet.ru/enc/himiya/gidrataciya-gidraty-gidroliz
http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_geolog/1320/%D0%93%D0%B8%D0%B4%D1%80%D0%B0%D1%82%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F

Читать еще:  Чем занимается специалист по кадрам
Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:

Adblock
detector