С. Т. Жуков Хімія 8-9 клас Глава 11. Взаємодія речовин з водою

С. Т. Жуков Хімія 8-9 клас

11.1. фізичне розчинення

При попаданні певної речовини в воду воно може:
а) розчинитися у воді, тобто переміщатися з нею на атомно-молекулярному рівні;
б) вступити з водою в хімічну реакцію;
в) не розчиниться і не прореагувати.
Від чого ж залежить результат взаємодії речовини з водою? Природно, від характеристик речовини і від характеристик води.
Почнемо з розчинення і розглянемо, які характеристики води і взаємодіючих з нею речовин мають найбільше значення в цих процесах.
Помістимо в дві пробірки по невеликої порції нафталіну С10Н8. Наллємо в одну з пробірок воду, а в іншу - гептан С7Н16 (можна замість чистого гептана використовувати бензин). Нафталін в гептане розчиниться, а в воді - немає. Перевіримо, чи дійсно нафталін розчинився в гептане або прореагував з ним. Для цього помістимо кілька крапель розчину на скло і почекаємо, поки гептан випарується - на склі утворюються безбарвні пластинчасті кристали. У тому, що це нафталін, можна переконатися за характерним запахом.

Одна з відмінностей гептана від води в тому, що його молекули неполярних, а молекули води полярні. Крім того, між молекулами води є водневі зв'язки, а між молекулами гептана їх немає.

Для розчинення нафталіну в гептане потрібно розірвати слабкі міжмолекулярні зв'язки між молекулами нафталіну і слабкі міжмолекулярні зв'язки між молекулами гептана. При розчиненні утворюються так само слабкі міжмолекулярні зв'язки між молекулами нафталіну і гептана. Тепловий ефект такого процесу практично дорівнює нулю.
За рахунок чого ж нафталін розчиняється в гептане? Тільки за рахунок ентропійного фактора (зростає безлад в системі нафталін - гептан).

Для розчинення нафталіну в воді необхідно, крім слабких зв'язків між його молекулами, розірвати водневі зв'язки між молекулами води. При цьому водневі зв'язки між молекулами нафталіну і води не утворюються. Процес виходить ендотермічним і настільки енергетично невигідним, що ентропійний фактор тут допомогти не в силах.
А якщо замість нафталіну взяти іншу речовину, молекули якого здатні утворювати водневі зв'язки з молекулами води, то чи буде така речовина розчинятися у воді?
Якщо немає інших перешкод, то буде. Наприклад, ви знаєте, що цукор (сахароза С12Н22О11) прекрасно розчинний у воді. Подивившись на структурну формулу сахарози, ви побачите, що в її молекулі є групи -О-Н, здатні утворювати водневі зв'язки з молекулами води.
Переконайтеся експериментально, що сахароза малорастворима в гептане, і спробуйте самостійно пояснити, чому так відрізняються властивості нафталіну і сахарози.
Розчинення нафталіну в гептане і сахарози в воді називають фізичним розчиненням.

Фізичне розчинення

- розчинення, при якому відбувається розрив і утворення тільки міжмолекулярних зв'язків (включаючи водневі).

Фізично розчинятися можуть тільки молекулярні речовини.

- речовина, яка до утворення розчину знаходилося в тому ж агрегатному стані, що й утворився розчин.

Інші компоненти розчину називаються розчиненими речовинами.

Виявлені нами закономірності відносяться і до випадків розчинення у воді (та й в більшості інших розчинників) рідких і газоподібних речовин. Якщо все речовини, що утворюють розчин, до розчинення знаходилися в одному агрегатному стані, то розчинником звичайно називають то речовина, якого в розчині більше. Виняток з цього правила - вода: її зазвичай називають розчинником, навіть якщо її менше, ніж розчиненого речовини.
Причиною фізичного розчинення речовини у воді може бути не тільки утворення водневих зв'язків між молекулами речовини, що розчиняється і води, але і утворення інших видів міжмолекулярних зв'язків. Так буває насамперед в разі розчинення у воді газоподібних речовин (наприклад, вуглекислого газу або хлору), в яких молекули взагалі не пов'язані один з одним, а також деяких рідин з дуже слабкими міжмолекулярними зв'язками (наприклад, брому). Виграш в енергії досягається тут за рахунок орієнтації диполів (молекул води) навколо полярних молекул або полярних зв'язків в розчиняється речовини, а в разі хлору або брому -викликати схильністю до приєднання електронів атомів хлору і брому, що зберігається і в молекулах цих простих речовин (докладніше - в § 11.4).
У всіх цих випадках речовини значно гірше розчиняються у воді, ніж при утворенні водневих зв'язків.
Якщо з розчину видалити розчинник (наприклад так, як ви це робили в разі розчину нафталіну в гептане), то розчинена речовина виділиться в хімічно незмінному вигляді.

ФІЗИЧНЕ РОЗЧИНЕННЯ, РОЗЧИННИК.
1.Об'ясніте, чому гептан не розчиняється у воді
2.Подскажіте знак теплового ефекту розчинення у воді етилового спирту (етанолу).
3.Почему аміак добре розчинний у воді, а кисень - погано?
4. Як речовина краще розчиняється в воді - аміак або фосфін (PH3)?
5.Об'ясніте причину кращої розчинності в воді озону, ніж кисню.
6.Определіть масову частку глюкози (виноградного цукру, С6Н12О6) у водному розчині, якщо для його приготування використали 120 мл води і 30 г глюкози (щільність води прийміть рівною 1 г / мл). Яка концентрація глюкози в цьому розчині, якщо щільність розчину дорівнює 1,15 г / мл?
7.Сколько цукру (сахарози) можна виділити з 250 г сиропу з масовою часткою води, що дорівнює 35% ?.

1. Досліди по розчиненню різних речовин в різних розчинниках.
2. Приготування розчинів.

11.2. хімічне розчинення

У першому параграфі ми розглянули випадки розчинення речовин, при яких хімічні зв'язки залишалися незмінними. Але так буває далеко не завжди.
Помістимо в пробірку декілька кристалів хлориду натрію і додамо воду. Через деякий час кристали розчиняться. Що сталося?
Хлорид натрію - речовина немолекулярное. Кристал NaCl складається з іонів Na і Cl . При попаданні такого кристала в воду в неї переходять ці іони. При цьому рвуться іонні зв'язку в кристалі і водневі зв'язки між молекулами води. Потрапили в воду іони вступають у взаємодію з молекулами води. У разі хлорид-іонів це взаємодія обмежується електростатичним притяганням дипольних молекул води до аниону, а в разі катіонів натрію воно наближається за своєю природою до донорно-акцепторного. Так чи інакше, іони покриваються гідратної оболонкою (рис. 11.1).

Гидратная оболонка

- оточення іона, що складається з одного або декількох шарів певним чином орієнтованих молекул води.

У вигляді рівняння реакції це можна записати так:

NaClкр + (n + m) H2O = [Na (H2O) n] + [Cl (H2O) m] A

або скорочено , Де індекс aq означає, що іон гидратирован. Таке рівняння називають іонним рівнянням.

Можна записати і "молекулярне" рівняння цього процесу: (таку назву збереглося з тих пір, коли передбачалося, що всі речовини складаються з молекул)

Гідратація - процес утворення гідратної оболонки.

Гідратованих іони слабше притягуються один до одного, і енергії теплового руху виявляється досить для того, щоб ці іони не злипалися в кристал.

Практично наявність іонів в розчині легко підтвердити, вивчивши електропровідність хлориду натрію, води і отриманого розчину. Ви вже знаєте, що кристали хлориду натрію електричний струм не проводять, тому що в них хоч і є заряджені частинки - іони, але вони "закріплені" в кристалі і не можуть рухатися. Вода проводить електричний струм дуже погано, тому що в ній хоч і утворюються за рахунок автопротоліза іони оксония і гідроксид-іони, але їх оченьмало. Розчин хлориду натрію, навпаки, добре проводить електричний струм, тому що в ньому багато іонів, і вони можуть вільно рухатися, в тому числі під дією електричної напруги.
Для розриву іонних зв'язків в кристалі і водневих зв'язків у воді необхідно затратити енергію. При гідратації іонів енергія виділяється. Якщо витрати енергії на розрив зв'язків перевищують енергію, що виділяється при гідратації іонів, то розчинення ендотермічна, а якщо навпаки, то - екзотермічне.
Хлорид натрію розчиняється в воді з практично нульовим тепловим ефектом, отже, розчинення цієї солі відбувається тільки за рахунок збільшення ентропії. Але зазвичай розчинення супроводжується помітним виділенням теплоти (Na2CO3, CaCl2, NaOH і ін.) Або її поглинанням (KNO3, NH4Cl і ін.), Наприклад:

При випаровуванні води з розчинів, одержані при хімічному розчиненні, з них знову виділяються розчинені речовини в хімічно незмінному вигляді.

- розчинення, при якому відбувається розрив хімічних зв'язків.

І при фізичному, і при хімічному розчиненні утворюється розчин того речовини, яку ми розчиняли, наприклад, розчин цукру у воді або розчин хлориду натрію у воді. Іншими словами, розчинена речовина може бути виділено з розчину при видаленні води.

Гідратної оболонки, ГИДРАТАЦИЯ, ХІМІЧНЕ РОЗЧИНЕННЯ.
Наведіть по три приклади добре відомих вам речовин а) розчинних у воді або з нею реагують, б) не розчинні у воді і не реагують з нею.
2. Що є розчинником, а що розчиненим речовиною (або речовинами) в наступних розчинах: а) мильна вода, б) столовий оцет, в) горілка г) соляна кислота, д) пальне для мотоцикла, е) аптечна "перекис водню", ж) газована вода, і) "зеленка", к) одеколон?
Що стосується труднощі проконсультуйтеся з батьками.
3.Перечислите способи, за допомогою яких можна видалити розчинник з рідкого розчину.
4. Як ви розумієте вираз "в хімічно незмінному вигляді" в останньому абзаці першого параграфа цієї глави? Які зміни можуть статися з речовиною в результаті його розчинення і наступного виділення з розчину?
5.Ізвестно, що жири нерозчинні у воді, але добре розчиняються в бензині. Виходячи з цього, що можна сказати про будову молекул жирів?
6.Запішіте рівняння хімічного розчинення у воді наступних іонних речовин:
а) нітрату срібла, б) гідроксиду кальцію, в) йодиду цезію, г) карбонату калію, д) нітриту натрію, е) сульфату амонію.
7.Запішіте рівняння кристалізації речовин з розчинів, перелічених в завданні 6, при видаленні води.
8.Чем відрізняються розчини, отримані при фізичному розчиненні речовин, від розчинів, отриманих при хімічному розчиненні? Що спільного у цих розчинів?
9.Определіте масу солі, яку треба розчинити в 300 мл води, щоб отримати розчин з масовою часткою цієї солі, що дорівнює 0,1. Щільність води дорівнює 1 г / мл, а щільність розчину - 1,05 г / мл. Яка концентрація солі в отриманому розчині, якщо її формульна маса дорівнює 101 Дн?
10.Скільки потрібно взяти води і нітрату барію, щоб приготувати 0,5 л 0,1 М розчину цієї речовини (щільність розчину 1,02 г / мл)?
Досліди по розчиненню іонних речовин у воді.

11.3. Насичені розчини. розчинність

Будь-яка порція поміщеного в воду хлориду натрію (або іншого подібного речовини) завжди розчинялася б повністю, якби крім процесу розчинення

не протікає б зворотний процес - процес кристалізації вихідної речовини з розчину:

У момент приміщення кристала в воду швидкість процесу кристалізації дорівнює нулю, але, у міру збільшення концентрації іонів в розчині, вона збільшується і в якийсь момент стає рівною швидкості розчинення. Настає стан рівноваги:

утворився при цьому розчин називається насиченим.

Насичений розчин -

розчин, що знаходиться в рівновазі з розчиняється речовини. Розчинність речовини (в даному розчиннику) - характеристика складу насиченого розчину цієї речовини.

В якості такої характеристики може бути використана масова частка розчиненої речовини, його концентрація або інша фізична величина, що характеризує склад розчину.
За розчинності в даному розчиннику все речовини діляться на розчинні, малорозчинні і практично нерозчинні. Зазвичай практично нерозчинні речовини називають просто нерозчинними. За умовну межу між розчинними і малорозчинними речовинами прийнята розчинність, рівна 1 г в 100 г Н2О (w 1%), а за умовну межу між малорозчинними і нерозчинними речовинами - розчинність, рівна 0,1 г в 100 г Н2О (w 0,1%).
Розчинність речовини залежить від температури. Так як розчинність - характеристика рівноваги, то її зміна зі зміною температури відбувається в повній відповідності з принципом Ле Шательє, тобто при екзотермічних розчиненні речовини його розчинність з підвищенням температури зменшується, а при Ендотермічний - збільшується.
Розчини, в яких при тих же умовах розчиненої речовини менше, ніж в насичених, називаються ненасиченими.

НАСИЧЕНИЙ розчин; Ненасиченийрозчин; РОЗЧИННІСТЬ речовини; РОЗЧИННІ, малорозчинні І нерозчинні речовини.

1.Запішіте рівняння рівноваги в системі насичений розчин - осад для а) карбонату калію, б) нітрату срібла і в) гідроксиду кальцію.
2.Визначте масову частку нітрату калію в насиченому при 20 ° С водному розчині цієї солі, якщо при приготуванні такого розчину до 200 г води додали 100 г нітрату калію, і при цьому після закінчення приготування розчину 36,8 г нітрату калію не розчиниться.
3.Можно чи при 20 ° С приготувати водний розчин хромату калію K2CrO4 з масовою часткою розчиненої речовини, що дорівнює 45%, якщо при цій температурі в 100 г води розчиняється не більше 63,9 г цієї солі.
4.Массовая частка броміду калію в насиченому водному розчині при 0 ° С дорівнює 34,5%, а при 80 ° С - 48,8%. Визначте масу броміду калію, що виділився при охолодженні до 0 ° С 250 г насиченого при 80 ° С водного розчину цієї солі.
5.Массовая частка гідроксиду кальцію в насиченому водному розчині при 20 ° С дорівнює 0,12%. Скільки літрів насиченого при цій температурі розчину гідроксиду кальцію (вапняної води) можна отримати, маючи в своєму розпорядженні 100 г гідроксиду кальцію? Щільність розчину прийміть рівною 1 г / мл.
6.Прі 25 ° C масова частка сульфату барію в насиченому водному розчині становить 2,33 · 10-2%. Визначте мінімальний обсяг води, необхідної для повного розчинення 1 г цієї солі.
приготування насичених розчинів.

11.4. Хімічні реакції речовин з водою

Багато речовин при зіткненні з водою вступають з нею в хімічні реакції. В результаті такої взаємодії при надлишку води, як і при розчиненні, виходить розчин. Але якщо з цього розчину видалити воду, вихідної речовини ми не отримаємо.

Які продукти утворюються при хімічної реакції речовини з водою? Це залежить від типу хімічного зв'язку в речовині; якщо зв'язку ковалентні, то від ступеня полярності цих зв'язків. Крім цього, вплив мають і інші фактори, з деякими з яких ми познайомимося.

а) З'єднання з іонним зв'язком

Більшість іонних з'єднань або хімічно розчиняються у воді, або не розчиняються. Окремо стоять іонні гідриди та оксиди, тобто сполуки, що містять ті ж елементи, що і сама вода, і деякі інші речовини. Поведінка іонних оксидів при контакті з водою розглянемо на прикладі оксиду кальцію.
Оксид кальцію, будучи іонним речовиною, міг би хімічно розчинятися у воді. При цьому в розчин переходили б іони кальцію і оксид-іони. Але двозарядний аніон - не стійке валентний стан атома кисню (хоча б тому, що енергія спорідненості до другого електрону завжди негативна, так і радіус оксид-іона порівняно малий). Тому атоми кисню прагнуть знизити свій формальний заряд. У присутності води це виявляється можливим. Що опинилися на поверхні кристала оксид-іони взаємодіють з молекулами води. Цю реакцію можна представити у вигляді схеми, яка б показала її механізм (схеми механізму).

Для кращого розуміння того, що відбувається умовно розділимо цей процес на етапи:
1. Молекула води повертається до оксидних йону атомом водню (протилежно заряджені).
2. Оксид-іон ділиться з атомом водню неподіленої парою електронів; між ними утворюється ковалентний зв'язок (утворюється за донорно-акцепторного механізму).
3. У атома водню на єдиною валентної орбіталі (1 s) виявляється чотири електрона (два "старих" і два "нових"), що суперечить принципу Паулі. Тому атом водню віддає пару електронів зв'язку ( "старих" електронів) атому кисню, що входить до складу молекули води, тим більше що ця пара електронів і так була в значній мірі зміщена до атому кисню. Зв'язок між атомом водню і атомом кисню розривається.
4. За рахунок утворення зв'язку за донорно-акцепторного механізму формальний заряд на колишньому оксидному йоні стає рівним -1 е; на атомі кисню, який входив колись до складу молекули води, з'являється заряд, також рівний -1 е. Таким чином утворюються два гідроксідних іона.
5. Не пов'язані тепер іонним зв'язком з оксид-іонами іони кальцію переходять в розчин і гидратируются:

Позитивний заряд іонів кальцію як би "розмивається" по всьому гідратованих іона.
6. Утворилися гідроксид-іони теж гидратируются:

Негативний заряд гідроксид-Йона при цьом теж "розмівається".
Сумарне іонне рівняння реакції оксиду кальцію з водою
CaOкр + H2O Ca2 aq + 2OH aq.

У розчині з'являються іони кальцію і гідроксид-іони в співвідношенні 1: 2. Те ж саме вийшло б при розчиненні у воді гідроксиду кальцію. І дійсно, випарити воду і висушивши залишок, ми можемо отримати з цього розчину кристалічний гідроксид кальцію (але аж ніяк не оксид!). Тому часто рівняння цієї реакції записують так:

CaOкр + H2O = Ca (OH) 2 р

і називають "молекулярним" рівнянням цієї реакції. І в тих, і в інших рівняннях літерні індекси іноді не приводять, що часто сильно ускладнює розуміння процесів, що відбуваються, а то і просто вводить в оману. Разом з тим, відсутність буквених індексів в рівняннях допустимо, наприклад, при вирішенні розрахункових завдань
Крім оксиду кальцію, точно також взаємодіють з водою такі оксиди: Li2O, Na2O, K2O, Rb2O, Cs2O, SrO, BaO - тобто оксиди тих металів, які і самі реагують з водою. Всі ці оксиди відносяться до основних оксидів. Решта іонні оксиди з водою не реагують.
Цілком аналогічно реагують з водою і іонні гідриди, наприклад, гідрид натрію NaH. Іон натрію тільки гідратіруется, а гідрид-іон реагує з молекулою води:

.

В результаті в розчині залишається гідроксид натрію.
Іонне рівняння цієї реакції

NaHкр + H2O = Na aq + OH aq + H2 ,

а "молекулярне" рівняння - NaHкр + H2O = NaOHр + H2 .

б) Речовини з металевою зв'язком

Як приклад розглянемо взаємодію з водою натрію.

На схемах крива полустрелка означає передачу або переміщення о д н о г о е л е к т р о н а

Атом натрію схильний до віддачі свого єдиного валентного електрона. Опинившись у воді, він легко віддає його атому водню молекули води (на ньому є значний +) І перетворюється в катіон натрію (Na ). Атом водню, отримавши електрон, стає нейтральним (Н ·) і більше не може утримати пару електронів, що зв'язує його з атомом кисню (згадайте принцип Паулі). Ця пара електронів повністю переходить до атома кисню (в молекулі води вона вже була зміщена в його сторону, але тільки частково). Атом кисню набуває формальний заряд A, зв'язок між атомами водню і кисню рветься, і утворюється гідроксид-іон ( О Н).
Доля одержані частинок різна: іон натрію взаємодіє з іншими молекулами води і, природно, гідратіруется

.

так само, як і іон натрію, гідратіруется гідроксид-іон , А атом водню, "дочекавшись" появи іншого такого ж атома водню, утворює з ним молекулу водню 2Н · = Н2.
Через Неполярний своїх молекул водень в воді практично не розчиняється і виділяється з розчину у вигляді газу. Іонне рівняння цієї реакції

2Naкр + 2H2O = 2Na aq + 2OH aq + H2

a "молекулярне" -

2Naкр + 2H2O = 2NaOHр + H2

Так само, як натрій, при кімнатній температурі з водою бурхливо реагують Li, До, Rb, Cs, Ca, Sr, Ba. При нагріванні з неї реагує і Mg, а також деякі інші метали.

в) Речовини з ковалентними зв'язками

З речовин з ковалентними зв'язками з водою можуть реагувати тільки ті речовини
а) зв'язку в яких сильно полярні, що надає цим речовинам деяку схожість з іонними з'єднаннями, або
б) до складу яких входять атоми, що володіють дуже високою схильністю до приєднання електронів.
Таким чином, не реагують з водою і в ній нерозчинні (або дуже мало розчинні):
а) алмаз, графіт, кремній, червоний фосфор і інші прості немолекулярное речовини;
б) діоксид кремнію, карбід кремнію та інші складні немолекулярное речовини;
в) метан, гептан і інші молекулярні речовини з малополярни зв'язками;
г) водень, сірка, білий фосфор і інші прості молекулярні речовини, атоми яких не дуже схильні приєднувати електрони, а також азот, молекули якого дуже міцні.
Найбільше значення має взаємодія з водою молекулярних оксидів, гідридів і гідроксидів, а з простих речовин - галогенів.
Як реагують з водою молекулярні оксиди, ми розглянемо на прикладі триоксида сірки:

Молекула води за рахунок однієї з неподіленого пар електронів атома кисню атакує позитивно заряджений атом сірки ( +) І приєднується до нього зв'язком O- S, на атомі кисню при цьому виникає формальний заряд B. Отримавши зайві електрони, атом сірки перестає утримувати електронну пару однією з -зв'язків, яка повністю переходить до відповідного атому кисню, на якому за рахунок цього виникає формальний заряд A. Потім неподіленої пари електронів цього атома кисню акцептується одним з атомів водню, що входив до складу молекули води, який таким чином переходить від одного атома кисню до іншого . В результаті утворюється молекула сірчаної кислоти. Рівняння реакції:

SO3 + H2O = H2SO4.

Аналогічно, але трохи складніше з водою реагує N2O5, P4O10 і деякі інші молекулярні оксиди. Всі вони - кислотні оксиди.
N2O5 + H2O = 2HNO3;
P4O10 + 6H2O = 4H3PO4.

У всіх цих реакціях утворюються кислоти, які при наявності надлишку води з нею реагують. Але, перш ніж розглянути механізм цих реакцій, подивимося, як реагує з водою хлороводород - молекулярне речовина з сильно полярними ковалентними зв'язками між атомами водню і хлору:

Полярна молекула хлороводню, потрапивши в воду, орієнтується так, як це показано на схемі (різнойменні заряди диполів притягуються). Розріджена через поляризації електронна оболонка (1 s -ЕО) атома водню акцептує неподеленную пару sp 3-гібридних електронів атома кисню, і водень приєднується до молекули води, повністю віддавши атому хлору пару електронів, яка пов'язувала ці атоми в молекулі хлороводню. В результаті атом хлору перетворюється в хлорид-іон, а молекула води - в іон оксония. Рівняння реакції:

HClг + H2O = H3O aq + Cl aq.

При низьких температурах з такого розчину може бути виділений кристалічний хлорид оксония (H3O) Cl (t пл = -15 ° С).

Взаємодія HCl і H2O можна уявити собі і по-іншому:

тобто як результат передачі протона від молекули хлороводню до молекули води. Отже, це кислотно-основна реакція.
Аналогічно відбувається взаємодія з водою азотної кислоти

що теж можна представить як передачу протона:

Кислоти, в молекулах яких кілька гидроксилов (OH-груп), реагують з водою в кілька стадій (східчасто). Приклад - сірчана кислота.

Другий протон отщепляется значно важче, ніж перший, тому друга стадія цього процесу оборотна. Порівнявши величину і розподіл зарядів в молекулі сірчаної кислоти і в гидросульфат-йоні, спробуйте самостійно пояснити це явище.
При охолодженні з розчинів сірчаної кислоти можуть бути виділені індивідуальні речовини: (H3O) HSO4 (tпл = 8,5 ° С) і (H3O) 2SO4 (tпл = - 40 ° С).
Аніони, які утворюються з молекул кислот після відриву одного або декількох протонів, називаються кислотними залишками.
З молекулярних простих речовин з водою при звичайних умовах реагують тільки F2, Cl2, Br2 і, в украй незначній мірі, I2. Фтор бурхливо реагує з водою, повністю її окисляя:

2F2 + H2O = 2HF + OF2.

При цьому протікають також і інші реакції.
Значно важливіше реакція хлору з водою. Володіючи високою схильністю до приєднання електронів (молярна спорідненість до електрона атома хлору дорівнює 349 кДж / моль), атоми хлору частково зберігають її і в молекулі (молярна спорідненість до електрона молекули хлору дорівнює 230 кДж / моль). Тому, розчиняючись, молекули хлору гидратируются, притягаючи до себе атоми кисню молекул води. У деяких з цих атомів кисню атоми хлору можуть акцептувати неподеленную пару електронів. Подальше показано на схемі механізму:

Сумарне рівняння цієї реакції

Cl2 + 2H2O = HClO + H3O + Cl .

Але реакція оборотна, тому встановлюється рівновага:

Cl2 + 2H2O HClO + H3O + Cl .

Одержаний розчин називають "хлорного водою". За рахунок присутності в ньому хлорнуватисту кислоти він володіє сильними окисними властивостями і використовується в якості відбілюючого і дезинфікуючий засіб.
Згадавши, що Cl і Н3О утворюються при взаємодії ( "розчиненні") хлороводню у воді, можна записати "молекулярне" рівняння:

Cl2 + H2O HClOp + HClp.

Аналогічно з водою реагує бром, тільки рівновагу в цьому випадку сильно зміщене вліво. Йод ж з водою практично не реагує.

Щоб уявити собі, якою мірою хлор і бром фізично розчиняються у воді, а в якій - реагують з нею, використовуємо кількісні характеристики розчинності і хімічної рівноваги.

Молярна частка хлору в насиченому при 20 ° С і атмосферному тиску водному розчині дорівнює 0,0018, тобто на кожну 1000 молекул води доводиться приблизно 2 молекули хлору. Для порівняння, в насиченому при тих же умовах розчині азоту молярна частка азоту дорівнює 0,000012, тобто одна молекула азоту припадає приблизно на 100000 молекул води. А для отримання насиченого при тих же умовах розчину хлороводню на кожні 100 молекул води потрібно взяти близько 35 молекул хлороводню. Звідси можна зробити висновок, що хлор хоч і розчинний у воді, але незначно. Розчинність брому дещо більше - приблизно 4 молекули на 1000 молекул води.

Константа рівноваги оборотної хімічної реакції хлору з водою

Cl2 + 2H2O HClO + H3O + Cl

дорівнює 1,36 · 10 7. Звідси випливає, що при кімнатній температурі в середньому 35 молекул хлору з 100 піддані цьому перетворенню. У разі брому це число набагато менше: приблизно 1 молекула з 1000.

КИСЛОТНИЙ ЗАЛИШОК
1.Складіть іонні і "молекулярні" рівняння реакцій, що протікають при взаємодії з водою а) калію, б) барію.
2.Ізобразіте схему, яка ілюструє механізм взаємодії з водою кальцію.
3.Почему метали IА групи бурхливо реагують з водою, а мідь, залізо, хром або свинець практично не реагують?
4.Составьте іонні і "молекулярні" рівняння реакцій з водою оксидів натрію, стронцію і барію. Для реакції з водою оксиду літію приведіть схему, яка ілюструє її механізм.
5.Пріведіте рівняння реакцій, що дозволяють здійснити наступні перетворення:
а) Li Li2O LiOH; б) Ca CaO Ca (OH) 2.
6.Составьте рівняння реакцій, за якими можна отримати а) хромовую кислоту (H2CrO4) з оксиду хрому (VI), б) йодноватої кислоту (HIO3) з оксиду йоду (V), в) селенову кислоту (H2SeO4) з оксиду селену (VI ).
7.Приведите рівняння реакцій, що дозволяють здійснити наступні перетворення:
а) S SO2 SO3 H2SO4;
б) P P4O10 H3PO4.
8.Что відбувається при "розчиненні" в воді бромоводорода? Відповідь проиллюстрируйте рівняннями реакцій.
9.Запішіте рівняння оборотної реакції брому з водою і складіть схеми механізмів прямої і зворотної реакцій.

11.5. кристалогідрати

При хімічному розчиненні іонних речовин відбувається гідратація переходять в розчин іонів. Гідратіруются як катіони, так і аніони. Як правило, гідратованих катіони міцніше, ніж аніони, а гідратовані прості катіони - міцніше, ніж складні. Це пов'язано з тим, що у простих катіонів є вільні валентні орбіталі, які можуть частково акцептувати неподіленого електронні пари атомів кисню, що входять в молекули води.
При спробі виділити вихідна речовина з розчину, видаляючи воду, отримати його часто не вдається. Наприклад, якщо ми розчинний у воді безбарвний сульфат міді CuSO4, то отримаємо розчин блакитного кольору, який надають йому гідратованих іони міді:

Після упарювання розчину (видалення води) і охолодження з нього виділяться кристали синього кольору, мають склад CuSO4 · 5H2O (точка між формулами сульфату міді і води означає, що на кожну формульну одиницю сульфату міді припадає вказане у формулі число молекул води). Вихідний сульфат міді можна отримати з цього з'єднання, нагрів його до 250 ° С. При цьому відбувається реакція:

CuSO4 · 5H2O = CuSO4 + 5H2O .

Дослідження будови кристалів CuSO4 · 5H2O показало, що в його формульної одиниці чотири молекули води пов'язані з атомом міді, а п'ята - з сульфатними іонами. Таким чином, формула цієї речовини - [Cu (H2O) 4] SO4 · H2O, а називається воно моногідрат сульфату тетрааквамеді (II), або просто "мідний купорос".
Чотири молекули води, пов'язані з атомом міді, - залишок гідратної оболонки іона Cu2 aq, а п'ята молекула води - залишок гідратної оболонки сульфат-іона.
Аналогічну будову має з'єднання [Fe (H2O) 6] SO4 · H2O - моногідрат сульфату гексаакважелеза (II), або "залізний купорос".
Інші приклади:
[Ca (H2O) 6] Cl - хлорид гексааквакальція;
[Mg (H2O) 6] Cl2 - хлорид гексааквамагнія.
Ці та подібні їм речовини називаються кристалогідрату, а що міститься в них вода - кристаллизационной водою.
Часто структура кристаллогидрата буває невідома, або її неможливо виразити звичайними формулами. У цих випадках для кристаллогидратов використовуються згадані вище "формули з точками" і спрощені назви, наприклад:
CuSO4 · 5H2O - пентагідрат сульфату міді;
Na2CO3 · 10H2O - декагідрат карбонату натрію;
AlCl3 · 6H2O - гексагідрат хлориду алюмінію.

речовини, що включають в себе відокремлені частки H2O, в яких атоми кисню пов'язані з двома атомами водню ковалентними зв'язками, а частки Н2О в цілому пов'язані з іншими атомами або хімічними, або міжмолекулярними зв'язками.

При утворенні кристалогідратів з вихідних речовин і води в молекулах води не відбувається розриву зв'язків О-Н.

Якщо кристаллизационная вода утримується в кристалогідраті слабкими міжмолекулярними зв'язками, то вона легко видаляється при нагріванні:
Na2CO3 · 10H2O = Na2CO3 + 10H2O (при 120 ° С);
K2SO3 · 2H2O = K2SO3 + 2H2O (при 200 ° С);
CaCl2 · 6H2O = CaCl2 + 6H2O (при 250 ° С).

Якщо ж в кристалогідраті зв'язку між молекулами води і іншими частинками близькі до хімічних, то такий кристалогідрат або дегидратируется (втрачає воду) при більш високій температурі, наприклад:
Al2 (SO4) 3 · 18H2O = Al2 (SO4) 3 + 18H2O (при 420 ° С);
СoSO4 · 7H2O = CoSO4 + 7H2O (при 410 ° С);

або при нагріванні розкладається з утворенням інших хімічних речовин, наприклад:
2 {FeCl3 · 6H2O} = Fe2O3 + 6HCl + 9H2O (вище 250 ° С);
2 {AlCl3 · 6H2O} = Al2O3 + 6HCl + 9H2O (200 - 450 ° С).

Таким чином, взаємодія з водою безводних речовин, що утворюють кристалогідрати, може бути як хімічним розчиненням, так і хімічною реакцією.

кристалогідрат
Визначте масову частку води в а) пентагідрат сульфату міді, б) дигідрату гідроксиду натрію, в) KAl (SO4) 2 · 12H2O (алюмокалієвих квасцах).
2.Визначте склад кристаллогидрата сульфату магнію, якщо масова частка води в ньому дорівнює 51,2%. 3.Какова маса води, що виділилася при прожаренні декагідрат сульфату натрію (Na2SO4 · 10H2O) масою 644 г?
4.Сколько безводного хлориду кальцію можна отримати, прожарюючи 329 г гексагідрату хлориду кальцію?
5.Дігідрат сульфату кальцію CaSO4 · 2H2О при нагріванні до 150 ° С втрачає 3/4 своєї води. Складіть формулу утворюється кристаллогидрата (алебастру) і запишіть рівняння перетворення гіпсу в алебастр.
6.Определіть масу мідного купоросу і води, які необхідно взяти для приготування 10 кг 5% -го розчину сульфату міді.
7.Определіте масову частку сульфату заліза (II) в розчині, отриманому при змішуванні 100 г залізного купоросу (FeSO4 · 7H2O) з 9900 г води.
Отримання і розкладання кристалогідратів.