Будова молекули води. Розчинення речовин у воді. Кристалогідрати »mozok.click

Згадайте:

• хімічні сполуки мають постійний склад, який записують хімічною формулою; кількість атомів того чи іншого елемента в молекулі або формульної одиниці вказують індексом, кількість окремих атомів, молекул або формульних одиниць вказують коефіцієнтом;

• у розчинів і інших сумішей немає постійного складу;

• термін «формульна одиниця» використовують замість терміна «молекула» для речовин іонного або атомної будови.

Вода - полярний розчинник

Вода - найпоширеніший розчинник в природі. У молекулі води між атомами Оксигену і Гідрогену існує ковалентний полярна зв'язок, завдяки чому на атомі Оксигену з'являється частковий негативний електричний заряд, а на атомах Гідрогену - позитивний (рис. 4.1). Значить, молекула води з боку атома Оксигену заряджена негативно, а з боку Гідрогену - позитивно. Частинку, в якій на різних її кінцях існують полюси зарядів, називають диполем. Молекула води є диполем, який можна умовно зобразити у вигляді еліпса, як на малюнку 4.2. Завдяки такому розподілу електричних зарядів молекула води має полярність, а воду називають полярним розчинником, причому серед всіх відомих розчинників вода найбільш полярна.

Розчинення речовин у воді

Розглянемо процес розчинення у воді солі - речовини іонного будови. При попаданні кристала солі в воду молекули води орієнтуються навколо заряджених іонів: до позитивно заряджених іонів молекули притягуються негативним полюсом, а до негативних іонів - позитивним полюсом (рис. 4.3). Молекули води починають притягувати іони до себе. Коли сила тяжіння іонів до молекул води стає більше сили утримування іонів між собою, іон в оточенні молекул води переходить в розчин. Молекули води, що оточують іони в розчині, називають гідратної оболонкою, а самі іони, оточені молекулами води, - гідратами. Аналогічним чином розчиняються у воді і молекулярні речовини.

У процесі розчинення речовин можна виділити три стадії:

1) взаємодія частинок речовини з молекулами розчинника - гідратація;

2) руйнування структури речовини (кристалічних решіток);

3) розподіл гідратованих частинок в розчиннику - дифузія.

Теплові явища при розчиненні

При утворенні гідратів теплота виділяється завдяки утворенню нових міжмолекулярних зв'язків між частинками, а на стадії руйнування кристала - поглинається: енергія витрачається на руйнування зв'язків між частинками в кристалі.

Залежно від сукупності теплових ефектів на двох стадіях процес розчинення протікає з поглинанням або виділенням теплоти (Q):

• якщо при гідратації енергії виділяється більше, ніж витрачається на руйнування кристалічної решітки, то при розчиненні речовини теплота виділяється і розчин нагрівається;

• якщо на руйнування кристала витрачається енергії більше, ніж виділяється при гідратації, то розчин охолоджується.

У більшості випадків при розчиненні речовини у воді виділення або поглинання теплоти проходить непомітно, оскільки зазвичай ми розчиняємо невеликі порції речовин. Температура такого розчину якщо і змінюється, то тільки на кілька градусів, що важко помітити без термометра. Але іноді теплові ефекти добре помітні. Так, при розчиненні концентрованої сульфатної кислоти у воді виділяється так багато теплоти, що вода може закипіти. При розчиненні деяких солей, наприклад амоній нітрату, розчин помітно охолоджується: поверхню склянки покривається крапельками води і може примерзнути до столу (рис. 4.5).

Процес розчинення речовин в деякій мірі можна назвати і фізичним, і хімічним. З одного боку,

при розчиненні речовини відбувається його подрібнення, що є ознакою фізичного процесу. З іншого боку, при розчиненні обов'язково відбувається поглинання або виділення теплоти, а в деяких випадках навіть утворюються нові речовини, що є ознакою хімічного процесу. Однак процес розчинення не відносять ні до того, ні до іншого, а називають його фізико-хімічним процесом.

Як швидше розчинити речовину?

Знаючи, як відбувається розчинення речовини, ми можемо припустити, як прискорити цей процес. На швидкість розчинення, по-перше, впливає ступінь подрібнення речовин: чим дрібніше кристали, тим більше площа зіткнення між речовиною і розчинником, і речовина розчиняється швидше.

По-друге, на швидкість розчинення суттєво впливає перемішування: процес дифузії досить тривалий, а при перемішуванні вже гідратованих частинки не скупчуються навколо кристала, а віддаляються від нього, звільняючи місце для нових, поки не з'єднаних молекул розчинника.

По-третє, на швидкість розчинення впливає температура розчину. Вам відомо, що в гарячій воді цукор розчиняється набагато швидше, ніж в холодній. Це пов'язано з тим, що в гарячому розчиннику швидкість дифузії значно більше. Також важливим є те, що при підвищенні температури молекули або іони в кристалічній решітці коливаються швидше, і це полегшує руйнування кристалічної решітки речовини.

кристалогідрати

У складі деяких солей іноді містяться молекули води. Наприклад, мідний купорос - це кристалічна речовина, що складається з купрум (П) сульфату і води (рис. 4.6). Але на відміну від розчину купрум (П) сульфату, в якому співвідношення солі і води може бути будь-яким, в мідному купоросу на кожну формульну одиницю купрум (П) сульфату доводиться п'ять молекул води. Це істотно відрізняє мідний купорос від розчину купрум (П) сульфату. Значить, мідний купорос - це індивідуальна хімічна сполука з певною хімічною формулою, а не механічна суміш двох речовин.

Речовин, у складі яких крім солей міститься вода, існує досить багато, всі вони мають кристалічну будову,

тому їх називають кристалогідрату. Воду, що міститься в складі кристаллогидратов, називають кристалізаційної.

Кристалогідрати - це нестійкі кристалічні речовини, що складаються з солі і кристалізаційної води в певному стехиометрическом співвідношенні.

Оскільки кристалогідрати володіють постійним складом, його можна описати хімічною формулою. Наприклад, склад мідного купоросу записують так: CuSO4 • 5H2O. За сучасною номенклатурою, мідний купорос називається купрум сульфат (П) пентагідрат, а його формулу зазвичай вимовляють так: купрум ес про чотири на п'ять молекул води.

Більшість кристаллогидратов яскраво пофарбовані і мають власні традиційні назви (рис. 4.6).

Зазвичай кристалогідрати є нестійкими сполуками, які при нагріванні легко втрачають кристалізаційну воду, перетворюючись в звичайні безводні солі. Так, при прожаренні мідного купоросу сині кристали перетворюються в білий порошок безводного купрум (П) сульфату (рис. 4.7, а, с. 30):

При зберіганні безводних солей в негерметичних судинах вони поглинають воду з повітря і перетворюються в кристалогідрати (рис. 4.7, б). Більшість грунтів, порід і мінералів є кристалогідрати різних з'єднань.

лінгвістична завдання

З 7 класу вам відомо поняття «гідрат», яке означає «продукт приєднання води». Що спільного й відмінного поняття «гідрат» і «кристаллогидрат»?

ключова ідея

Вода - полярний розчинник і добре розчиняє інші полярні речовини. У справжніх розчинах речовини існують у вигляді гідратів - окремих іонів або молекул, оточених молекулами води.

Контрольні питання

42. Чому молекула води полярна? Які частинки називають диполями?

43. Опишіть процес розчинення речовин у воді.

44. Чому при розчиненні речовин поглинається або виділяється теплота? Від чого це залежить?

45 До яких процесів - фізичним або хімічним - відноситься процес розчинення? Відповідь поясніть.

46. ​​Які фактори і як впливають на швидкість розчинення речовин? Які умови необхідно створити для прискорення процесу розчинення?

47. Чи можна виділити кристаллизационную воду з кристалогідратів? Яким чином?

Завдання для засвоєння матеріалу

48. Як відрізнити кристаллогидрат від безводної солі?

49. Складіть рівняння реакцій, що протікають при прожаренні глауберової солі і кристалічної соди.

50. Магній сульфат утворює кристалогідрат, який називають англійською сіллю. Учень розчинив англійську сіль масою 1,23 г в воді і додавав розчин барій хлориду до завершення процесу

утворення осаду. Маса осаду вийшла 1,165 г. Визначте склад англійської солі.

51. Визначте формулу кристалогідрату натрій карбонату, якщо відомо, що при прожаренні цієї речовини масою 14,3 г його маса зменшилася на 9 м

52. У народних казках зустрічається ситуація, коли герой вичавлює воду з каменя. Чи можливо таке з хімічної точки зору?

53. Як ви вважаєте, чи відрізняється механізм розчинення молекулярних і іонних речовин? Речовини з яким типом зв'язку краще розчиняються у воді? Відповідь обґрунтуйте.

Це матеріал підручника Хімія 9 клас Григорович