"Химия", Савинкина Е.В., Логинова Г.П.; под ред. Вахрушева А.А.
Кристаллогидрат — кристаллическое вещество, в котором вместе с солью содержится определённое число молекул воды. Эта вода занимает места в кристаллической решётке и называется кристаллизационной. Поэтому она не просто случайно попала на поверхность кристаллов, а входит в состав вещества и влияет на его свойства. Разберёмся, как читать формулы кристаллогидратов, что происходит с ними при нагревании и как вычислять массу выделившейся воды.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Кристаллогидрат — кристаллическое вещество, в состав которого входят частицы соли и определённое число молекул воды. Иными словами, соль и вода образуют единый кристалл с постоянным составом. Это понятие помогает отличать такие вещества от влажных кристаллов, на которых просто осталась вода.
Кристаллизационная вода — молекулы воды, входящие в состав кристаллогидрата и занимающие определённое место в его кристаллической решётке. Их нельзя считать случайной примесью: они относятся к самому веществу. Понятие нужно, чтобы объяснить изменение состава и свойств соли при удалении воды.
Формула кристаллогидрата показывает состав соли и число молекул воды; их записывают через точку, например CuSO₄·5H₂O. Число 5 относится к H₂O и показывает, что на одну формульную единицу CuSO₄ приходятся пять молекул воды. Такая запись позволяет определить состав вещества и выполнить расчёты его массы.
Безводная соль — соль без кристаллизационной воды, которая может образоваться при удалении воды из кристаллогидрата. Например, при потере воды кристаллогидрат может превратиться в соответствующую соль без воды в формуле. Термин нужен, чтобы различать исходное вещество и твёрдый остаток после нагревания.
Когда соль выделяется из водного раствора, её частицы собираются в упорядоченную кристаллическую решётку. В некоторых случаях в промежутках этой структуры оказываются молекулы воды, поэтому кристалл растёт уже с водой в своём составе. Так образуется кристаллогидрат, а не просто сухая соль с мокрой поверхностью. Число молекул воды в таком веществе определённое, поэтому его можно отразить в формуле.
В формуле воду записывают после точки, потому что она входит в состав кристалла вместе с солью, но не является частью формулы самой соли. Число перед H₂O показывает количество молекул воды на одну формульную единицу соли. Например, в CuSO₄·5H₂O на одну формульную единицу CuSO₄ приходятся пять молекул H₂O. При вычислении состава нужно учитывать все пять молекул, а не только одну.
Кристаллизационная вода включена в структуру вещества, поэтому кристаллогидрат и соответствующая безводная соль имеют разный состав. Это различие отражается и на свойствах: после удаления воды получается уже другое вещество. Поэтому массу кристаллогидрата нельзя считать массой одной только соли. Формула позволяет установить, какая часть массы приходится на воду, а какая — на соль.
При нагревании частицы воды могут покинуть кристаллическую решётку, если условия позволяют разрушить её участки, удерживающие воду. Тогда кристаллогидрат теряет массу и превращается в безводную соль. У некоторых веществ изменение состава сопровождается сменой цвета, поэтому цвет может служить признаком превращения. Однако не все кристаллогидраты меняют цвет, и нагревание не всегда удаляет всю воду.
Если к безводной соли добавить воду, некоторые соли снова включают её в свою кристаллическую структуру. Это возможно, потому что для образования соответствующего кристаллогидрата нужны молекулы воды. При таком процессе состав вещества меняется, а иногда заметно меняется и цвет. Обратное превращение помогает увидеть, что вода связана с составом и строением кристалла.
| Признак | Кристаллогидрат | Безводная соль |
|---|---|---|
| Состав | Соль и определённое число молекул воды | Соль без кристаллизационной воды |
| Запись формулы | Формула соли, точка, число и H₂O | Формула соли без записи воды |
| Наличие кристаллизационной воды | Есть | Нет |
| Что происходит при нагревании | Может потерять воду и превратиться в безводную соль | Уже не содержит кристаллизационной воды |
| Пример | CuSO₄·5H₂O | CuSO₄ |
Сначала сравните состав: именно наличие или отсутствие кристаллизационной воды отличает эти вещества. Затем проверьте запись формулы: у кристаллогидрата после точки указана вода, а у безводной соли — нет. Таблица также помогает понять, какой остаток может получиться после нагревания.
Условие. Запишите формулу кристаллогидрата, одна формульная единица которого содержит одну формульную единицу CuSO₄ и пять молекул воды. Нужно показать в записи и состав соли, и число молекул воды. Соль уже дана в условии, поэтому изменять её формулу не требуется.
Ответ: CuSO₄·5H₂O.
Условие. При нагревании 25 г CuSO₄·5H₂O вся кристаллизационная вода удалена. Даны относительные атомные массы: H = 1, O = 16, Cu = 64, S = 32. Чтобы узнать массу воды, сначала сравним массу пяти молекул воды с массой всей формульной единицы кристаллогидрата.
Ответ: выделилось 9 г воды. Проверка: воды меньше, чем всего кристаллогидрата, а оставшиеся 16 г составляют безводную соль.
Условие. Из 50 г кристаллогидрата при нагревании получили 32 г безводной соли. Найдите массу и массовую долю удалённой воды. Предполагаем, что вся потеря массы связана с водой, а сама соль при нагревании не теряется.
Ответ: масса воды — 18 г, её массовая доля в исходном кристаллогидрате — 36%.
Кристаллизационную воду иногда считают влагой, случайно оставшейся на поверхности кристаллов. Так происходит потому, что в обоих случаях речь идёт о воде рядом с твёрдым веществом. Проверьте себя: вода, указанная в формуле после точки, входит в состав кристаллогидрата; поверхностная влага в формулу не включается.
Можно забыть точку между формулой соли и водой или записать число молекул воды как индекс у соли. Путаница возникает из-за того, что индексы в формулах тоже показывают количество частиц. Сверьте запись с образцом CuSO₄·5H₂O: точка отделяет соль, а число непосредственно перед H₂O относится к воде.
При расчётах иногда учитывают массу только одной молекулы H₂O, хотя перед водой стоит коэффициент. Обычно это случается, когда читают формулу невнимательно. Перед вычислением выпишите число молекул воды и умножьте на него молярную массу H₂O; для 5H₂O нужно взять пять таких масс.
Ещё одна ошибка — считать, что нагревание всегда удаляет всю воду и обязательно меняет цвет вещества. Наблюдения за некоторыми примерами ошибочно переносят на все кристаллогидраты. Проверяйте условие задачи: полное удаление воды должно быть указано, а изменение цвета — только возможный признак превращения, не универсальное правило.
Для изучения кристаллогидратов нужны формулы солей и умение находить относительные атомные и молярные массы. Тема связана с растворами и кристаллизацией: когда соль выделяется из водного раствора, в её кристалл могут включиться молекулы воды. Знание состава кристаллогидратов пригодится при расчётах по химическим формулам и при изучении свойств солей. Оно также помогает понимать, почему нагревание меняет массу и иногда цвет вещества.
Чем кристаллизационная вода отличается от воды на поверхности кристаллов?
Кристаллизационная вода входит в состав вещества и занимает определённое место в его кристаллической решётке. Поверхностная вода лишь смачивает кристаллы и не записывается в их формуле.
Что означает число перед H₂O в формуле кристаллогидрата?
Оно показывает, сколько молекул воды приходится на одну формульную единицу соли. Например, в CuSO₄·5H₂O содержатся пять молекул воды на одну формульную единицу CuSO₄.
Почему формулу соли и воды разделяют точкой?
Точка показывает, что соль и определённое число молекул воды вместе составляют формулу одного кристаллогидрата. Это не знак умножения, а способ записать состав вещества.
Что происходит с кристаллогидратом при нагревании?
Многие кристаллогидраты при нагревании теряют кристаллизационную воду и превращаются в безводные соли. Иногда превращение сопровождается изменением цвета, но так происходит не с каждым кристаллогидратом.
Как найти массу кристаллизационной воды в образце?
Можно определить молярную массу воды в формуле кристаллогидрата и найти её долю в молярной массе всего вещества. Затем эту долю умножают на массу образца. Если известна масса безводного остатка, массу воды находят вычитанием.
§ 49. Кристаллогидраты
