Гидратация ионов

При растворении твердых веществ в воде происходят как физический, так и химический процессы.

Если в результате гидратации выделяется больше энергии, чем ее тратится на разрушение кристаллов вещества, тогда растворение сопровождается разогреванием, если наоборот — охлаждением. _____

Такое объяснение сущности процесса растворения и природы растворов впервые было теоретически обосновано великим русским ученым Д. И. Менделеевым.

Им была разработана гидратная теория растворов.

Кристаллогидраты

При выпаривании раствора вещество часто выделяется в виде кристаллов, содержащих химически связанную воду.

Так, например, если к сульфату меди (II) CuSO₄ (порошок белого цвета) прилить воду, то происходит разогревание и образуется раствор голубого цвета.

При его выпаривании выделяется кристаллическое вещество синего цвета — медный купорос, имеющий состав CuSO₄ • 5Н₂О.

Образование медного купороса из сульфата меди (II) выражают уравнением:

сульфат меди (II) (белого цвета) → кристаллогидрат сульфата меди (II) (голубого цвета)

При прокаливании медного купороса происходит отщепление воды — дегидратация:

кристаллогидрат сульфата меди (II) (голубого цвета) → сульфат меди (II) (белого цвета)

Многие вещества образуют кристаллогидраты

При изучении процессов гидратации у ученых возник вопрос: с какими частицами — молекулами или ионами — реагирует вода?

И. А. Каблуков предположил, что ионы электролитов реагируют с молекулами воды, т. е. происходит гидратация ионов.

Это в дальнейшем полностью подтвердилось.

Так, например, было выяснено, что безводный сульфат меди (II) CuSO₄ бесцветный, бесцветны также безводные ионы Cu²⁺ и SO₄²⁻.

При растворении сульфата меди (II) в воде происходит гидратация ионов.

При выпаривании такого раствора образуются кристаллы, в узлах которых находятся гидратированные ионы меди Cu(H₂O)₄²⁺, обладающие голубой окраской, и бесцветные гидратированные сульфатные ионы SO₄ • Н₂О²⁻.

Это медный купорос CuSO₄ • 5Н₂О.

Установлено также, что при диссоциации молекул кислот образуются не свободные ионы водорода, а их гидраты — ионы гидроксония:

Диссоциацию молекул кислот можно объяснить образованием дополнительной ковалентной связи.

Она характеризуется тем, что общую связывающую электронную пару дают не оба атома, а только один из них. Атом, который дает общую связывающую электронную пару, называется донором, атом, который ее приобретает, — акцептором, а механизм этой реакции — донорно-акцепторным.

Образование иона гидроксония при диссоциации молекул соляной кислоты схематически изображают так:

Из схемы видно, что атом кислорода предоставляет общую электронную пару, т. е. является донором, а ион H⁺ — акцептором. Этот вид ковалентной связи иногда изображают стрелкой: