Przeczytaj

bg‑pink

Hydraty

HydratyhydratyHydraty (inaczej wodziany) to związki uwodnione. Słowo „hydrat” jest terminem stosowanym w chemii zarówno nieorganicznej, jak i organicznej.

Tzw. sole uwodnione, jak wszystkie sole o budowie jonowej, są zbudowane z kationu metalu (jonu centralnego) oraz anionu reszty kwasowej. Dodatkowo w swojej sieci krystalicznejsieć krystalicznasieci krystalicznej zawierają cząsteczki wody, zwane wodą krystalizacyjnąwoda krystalizacyjnawodą krystalizacyjną. Ze względu na obecność cząsteczek wody w sieci krystalicznej, można się spotkać z takimi określeniami hydratów jak wodziany czy też sole uwodnione. Cząsteczki wody w hydratach mogą być związane na różne sposoby: przyłączone do kationu i anionów soli za pomocą wiązań wodorowych, przyłączone wiązaniem koordynacyjnym do jonu centralnego lub pochłonięte (zamknięte) wewnątrz sieci krystalicznej. Hydraty powstają w wyniku pochłonięcia wody przez substancje higroskopijnesubstancje higroskopijnesubstancje higroskopijne lub w trakcie krystalizacji z roztworów wodnych.

Ciekawostka

Poza solami hydraty tworzą również niektóre związki organiczne – takie jak na przykład kofeina, niektóre wodorotlenki – przykładowo wodorotlenek baru $(Ba {(OH)}_{2} \cdot 8 H_{2} O)$ oraz chlor i brom krystalizując w niskiej temperaturze z ich wodnych roztworów ${Cl}_{2} \cdot 8 H_{2} O$ i ${Br}_{2} \cdot 8 H_{2} O$ .

Co oznacza kropka we wzorze hydratu?

Nazwy systematyczne hydratów tworzy się, podając nazwę systematyczną związku chemicznego, następnie dodaje się pauzę i wyraz „woda” oraz (w nawiasie okrągłym) stosunek liczby moli soli do liczby moli cząstczek wody w tym związku.

Przykład 1

Wzór sumaryczny hydratu: ${CuSO}_{4} \cdot 5 H_{2} O$

Nazwa systematyczna: siarczan( $VI$ ) miedzi( $II$ ) — woda ( $1 / 5$ ), co czytamy jako: siarczan( $VI$ ) miedzi( $II$ ) woda jeden do pięć.

Kropka we wzorze nie ma nic wspólnego ze znakiem mnożenia. W podanym przykładzie oznacza, że na $1$ mol siarczanu( $VI$ ) miedzi( $II$ ) w sieci krystalicznej przypada $5$ moli cząsteczek wody.

Ważne!

Ta sama substancja może tworzyć kilka hydratów, np. węglan sodu tworzy m.in. hydraty:

jednowodny ( ${Na}_{2} {CO}_{3} \cdot H_{2} O$ ), węglan sodu — woda ( $1 / 1$ );
siedmiowodny ( ${Na}_{2} {CO}_{3} \cdot 7 H_{2} O$ ), węglan sodu — woda ( $1 / 7$ );
dziesięciowodny ( ${Na}_{2} {CO}_{3} \cdot 10 H_{2} O$ ), węglan sodu — woda ( $1 / 10$ ).

bg‑pink

Przykłady hydratów

Uwodnione siarczany(

VI

) wapnia

Uwodnione siarczany(

VI

) wapnia

Hydratami stosowanymi w życiu codziennym są uwodnione siarczany( $VI$ ) wapnia: ${CaSO}_{4} \cdot 2 H_{2} O$ oraz ${({CaSO}_{4})}_{2} \cdot H_{2} O$ – czyli siarczan( $VI$ ) wapnia – woda( $1 / 2$ ) i siarczan( $VI$ ) wapnia – woda( $2 / 1$ ). Pierwszy to gips krystaliczny a drugi to gips półwodny zwany również gipsem palonym.

Rt1GzzZGIJTtY

Ilustracja przedstawia posąg lwa. Zwierzę ma bujną grzywę, duże oczy i gęstą sierść. — Posąg lwa wykonany z uwodnionego siarczanu( $VI$ ) wapnia ${CaSO}_{4} \cdot 2 H_{2} O$ (siarczanu( $VI$ ) wapnia – woda( $1 / 2$ )).
Źródło: dostępny w internecie: www.pixabay.com, domena publiczna.

Uwodnione siarczany(

VI

) metali dwuwartościowych

Uwodnione siarczany(

VI

) metali dwuwartościowych

Innym przykładem hydratów są witriole. Witriole to uwodnione siarczany( $VI$ ) metali dwuwartościowych. Do witrioli o jednakowej strukturze krystalicznej należą uwodniony siarczan( $VI$ ) magnezu, cynku, żelaza( $II$ ), kobaltu( $II$ ), niklu( $II$ ). W hydratach tych na $1$ mol soli przypada $7$ moli cząsteczek wody: $M^{II} {SO}_{4} \cdot 7 H_{2} O$ .

Jeden dwudodatni jon metalu otoczony jest sześcioma cząsteczkami wody. Siódma cząsteczka wody znajduje się pomiędzy kationem metalu związanym z pozostałymi cząsteczkami wody – ${[M^{II} {(H_{2} O)}_{6}]}^{2 +}$ , a anionem siarczanowym( $VI$ ) – ${SO}_{4}^{2 -}$ . Cząsteczka ta jest połączona z kationem ${[M^{II} {(H_{2} O)}_{6}]}^{2 +}$ oraz anionem ${SO}_{4}^{2 -}$ za pomocą wiązań wodorowych.

R19LHKZMZQeAd

Ilustracja przedstawia wzór strukturalny witrioli oraz ich model pręcikowo‑kulkowy. Wzór strukturalny: w nawiasie kwadratowym jest część wzoru – symbol M łączy się wiązaniami pojedynczymi z sześcioma cząsteczkami wody. Za nawiasem kwadratowym w indeksie górnym jest 2+. Jedna z cząsteczek wody łączy się poza nawiasem kwadratowym z kolejną cząsteczką wody. Ta łączy się z atomem tlenu będącym częścią następującego dianionu: atom siarki łączy się z czterema atomami tlenu. Obok jest model pręcikowo‑kulkowy – jedna z cząsteczek ma następującą budowę: pomarańczowa kulka, oznaczająca atom metalu, położona w centrum modelu, łączy się z sześcioma czerwonymi kulkami, oznaczającymi atomy tlenu, a każda z czerwonych kulek z dwiema białymi kulkami, oznaczającymi atomy wodoru. Obok cząsteczki jest model zbudowany z jednej czerwonej kulki i dwóch białych oraz kolejny model zbudowany z jednej żółtej kulki, symbolizującej atom siarki, połączonej z czterema czerwonymi kulkami. — Wzór strukturalny witrioli (A) oraz ich model pręcikowo‑kulkowy (B).
Źródło: Smokefoot, dostępny w internecie: www.pl.wikipedia.com, licencja: CC BY-SA 4.0.

Siedmiowodny siarczan( $VI$ ) magnezu ${MgSO}_{4} \cdot 7 H_{2} O$ (witriol magnezu) to nie jedyny rodzaj hydratu siarczanu( $VI$ ) magnezu. W wyniku ogrzewania $1$ mol ${MgSO}_{4} \cdot 7 H_{2} O$ traci $6$ moli cząsteczek wody i powstaje monohydrat ${MgSO}_{4} {·H}_{2} O$ . Powyżej temperatury $197 ° C {MgSO}_{4} \cdot H_{2} O$ traci pozostałą część wody hydratacyjnej i powstaje bezwodna sól ${MgSO}_{4}$ . Wynika z tego, iż sól bezwodna może tworzyć kilka hydratów o różnym stopniu uwodnienia.

R1c1L7B4VOeVd

Na zdjęciu na szkiełku zegarkowym jest pewna ilość zielonkawych drobnych kryształów. — Kryształy uwodnionego siarczanu( $VI$ ) żelaza( $II$ ) ${FeSO}_{4} \cdot 7 H_{2} O$ .
Źródło: Benjah-bmm27, dostępny w internecie: www.wikipedia.org, domena publiczna.

Kolejnym przykładem hydratu jest niebieski witriol miedzi, w którego strukturze na $1$ mol soli przypada $5$ moli cząsteczek wody ${CuSO}_{4} \cdot 5 H_{2} O$ . Kation miedzi ${Cu}^{2 +}$ związany jest bezpośrednio z czterema cząsteczkami wody. Piąta cząsteczka znajduje się pomiędzy anionem ${SO}_{4}^{2 -}$ oraz dwiema już związanymi cząsteczkami wody.

R173NHgbhtQJ9

Ilustracja przedstawia wzór strukturalny pięciowodnego siarczanu(sześć) miedzi(dwa) oraz model cząsteczki. Wzór strukturalny: atom miedzi łączy się wiązaniami pojedynczymi z czterema cząsteczkami wody oraz z dwiema cząsteczkami o wzorze: atom siarki łączy się z czterema atomami tlenu. W każdej cząsteczce jeden z atomów tlenu łączy się z atomem miedzi. Obok wzoru jest wzór: atom tlenu łączy się z dwoma atomami wodoru. Model pręcikowo‑kulkowy: pomarańczowa kulka, oznaczająca atom miedzi, łączy się z sześcioma czerwonymi kulkami, oznaczającymi atomy tlenu. Cztery z nich łączą się z dwiema białymi kulkami – każda z nich. Białe kulki oznaczają atomy wodoru. Dwie czerwone kulki – jedna na górze, druga na dole modelu – łączą się z żółtą kulką, oznaczającą atom siarki. Żółta kulka położona w górnej części wzoru łączy się z trzema czerwonymi kulkami. Jedna z czerwonych kulek łączy się z pomarańczową kulką. Żółta kulka położona w dolnej części wzoru łączy się z trzema czerwonymi kulkami. Jedna z nich łączy się z pomarańczową kulką połączoną z pięcioma czerwonymi kulkami. Każda z czterech czerwonych kulek łączy się z dwiema białymi kulkami. Obok jest model zbudowany z jednej czerwonej kulki połączonej z dwiema białymi kulkami. — Wzór strukturalny pięciowodnego siarczanu( $VI$ ) miedzi( $II$ ) ${CuSO}_{4} \cdot 5 H_{2} O$ (A) oraz jego model pręcikowo‑kulkowy (B).
Źródło: Smokefoot, dostępny w internecie: www.pl.encyklopedia.com, licencja: CC BY-SA 4.0.

RC2hxcOfWaeRx

Na zdjęciu na szkiełku zegarkowym jest pewna ilość niewielkich, białych kryształów. — Kryształy uwodnionego siarczanu( $VI$ ) glinu ${Al}_{2} {({SO}_{4})}_{3} \cdot 16 H_{2} O$ .
Źródło: dostępny w internecie: commons.wikimedia.org, domena publiczna.

Hydraty siarczanowe(

VI

), zawierające więcej niż dziesięć cząsteczek wody

Hydraty siarczanowe(

VI

), zawierające więcej niż dziesięć cząsteczek wody

Istnieją także hydraty siarczanowe( $VI$ ), które w swojej strukturze zawierają więcej niż dziesięć moli cząsteczek wody przypadających na $1$ mol soli, np. uwodnione siarczany( $VI$ ) glinu: ${Al}_{2} {({SO}_{4})}_{3} \cdot 16 H_{2} O$ , ${Al}_{2} {({SO}_{4})}_{3} \cdot 17 H_{2} O$ , ${Al}_{2} {({SO}_{4})}_{3} \cdot 18 H_{2} O$ . W przypadku tych hydratów sześć cząsteczek wody związanych jest koordynacyjnie z jednym kationem glinu ${Al}^{3 +}$ , natomiast pozostałe są uwięzione w sieci krystalicznej.

RMZv9FPWt9Geu

Na zdjęciu na szkiełku zegarkowym jest pewna ilość jasnobrązowych grudek. Sprawiają wrażenie mokrych i lepkich. — Kryształy uwodnionego chlorku żelaza( $III$ ) ${FeCl}_{3} \cdot 6 H_{2} O$ .
Źródło: Adam Rędzikowski, dostępny w internecie: www.pl.wikipedia.com, licencja: CC BY-SA 4.0.

Uwodnione sole zawierające w swojej strukturze anion chlorkowy

Liczną grupę hydratów stanowią uwodnione sole zawierające w swojej strukturze aniony chlorkowe. Bladoróżowy chlorek manganu tworzy dwa hydraty: dwuwodny ${MnCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O$ i czterowodny ${MnCl}_{2} \cdot 4 H_{2} O$ . Znanych jest bardzo wiele hydratów zawierających w swojej strukturze sześć moli cząsteczek wody przypadających na $1$ mol soli. Należą do nich: sześciowodny chlorek wapnia ${CaCl}_{2} \cdot 6 H_{2} O$ o barwie białej, sześciowodny chlorek chromu( $III$ ) ${CrCl}_{3} \cdot 6 H_{2} O$ o barwie zielonej, sześciowodny chlorek żelaza( $III$ ) ${FeCl}_{3} \cdot 6 H_{2} O$ o barwie żółtej. Najbardziej rozpowszechnionymi są czerwony sześciowodny chlorek kobaltu( $II$ ) ${CoCl}_{2} \cdot 6 H_{2} O$ oraz zielony sześciowodny chlorek niklu( $II$ ) ${NiCl}_{2} \cdot 6 H_{2} O$ .

Uwodnione sole zawierające w swojej strukturze anion azotanowy(

V

)

Uwodnione sole zawierające w swojej strukturze anion azotanowy(

V

)

Kationy kobaltu oraz niklu tworzą również sześciowodne hydraty z anionami azotanowymi( $V$ ): $Co {({NO}_{3})}_{2} \cdot 6 H_{2} O$ , $Ni {({NO}_{3})}_{2} \cdot 6 H_{2} O$ oraz węglanowymi: ${CoCO}_{3} \cdot 6 H_{2} O$ , ${NiCO}_{3} \cdot 6 H_{2} O$ .

Barwy hydratów

Ciekawostka

Bezwodny chlorek kobaltu( $II$ ) – ${CoCl}_{2}$ , ma barwę niebieską. Chłonąc wodę z powietrza, przechodzi w hydrat ${CoCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O$ o barwie różowej, a następnie w inny hydrat ${CoCl}_{2} \cdot 6 H_{2} O$ , o czerwonym zabarwieniu. W laboratoriach używane są papierki kobaltowe, które służą do wykrywania obecności wody w różnych preparatach. Jest to możliwe, gdyż pod wpływem wilgoci papierek zmienia barwę z niebieskiej na różową lub czerwoną.

R1Le1tzHA8uC3

Na zdjęciu znajdują się rozsypane, czerwone, drobne granulki. — Próbka heksahydratu chlorku kobaltu( $II$ ) – ${CoCl}_{2} \cdot 6 H_{2} O$ , chlorek kobaltu( $II$ ) — woda ( $1 / 6$ ).
Źródło: dostępny w internecie: commons.wikimedia.org, domena publiczna.

RxlnUTwPKrIXZ1

Źródło: dostępny w internecie: www.wikipedia.org, domena publiczna.

Polecenie 1

Wykonaj doświadczenie, podczas którego zbadasz właściwości hydratu siarczanu( $VI$ ) miedzi( $II$ ) – woda( $1 / 5$ ). W tym celu wsyp do probówki niewielką ilość hydratu. Następnie zawartość probówki ogrzej w płomieniu palnika. Próbkę hydratu nanieś na jedno szkiełko zegarkowe, a na drugie otrzymany w wyniku ogrzewania produkt. Porównaj ze sobą obie substancje. Zanotuj obserwacje i wyciągnij wnioski. Na koniec na otrzymany w wyniku ogrzewania produkt nanieś kilka kropli wody. Zapisz obserwacje i wnioski.

Zaprojektuj doświadczenie, podczas którego można zbadać właściwości hydratu siarczanu( $VI$ ) miedzi( $II$ ) – woda( $1 / 5$ ). W tym celu należy wsypać do probówki niewielką ilość hydratu. Następnie zawartość probówki trzeba ogrzać w płomieniu palnika. Próbkę hydratu nanieść na jedno szkiełko zegarkowe, a na drugie otrzymany w wyniku ogrzewania produkt. Zanotuj przewidywane obserwacje i wyciągnij wnioski. Na koniec na otrzymany w wyniku ogrzewania produkt należy nanieść kilka kropli wody. Zapisz obserwacje i wnioski.

R1T0Pp1dDG0WF

Obserwacje:

RQP4X6qUyP9V9

Zdjęcie przedstawia dwa szkiełka zegarkowe. Na jednym z nich jest pewna ilość niebieskiego proszku, na drugim jasnoniebieskiego. — Po lewej siarczan $(VI)$ miedzi $(II)$ – woda ( $1 / 5$ ), po prawej ta sama próbka po chwili ogrzewania.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

R1WMyEnTwlmNg

Ilustracja przedstawia szkiełko zegarkowe. Jest na nim pewna ilość jasnoniebieskiego proszku. Naniesiono na niego kilka kropli wody – w mokrych miejscach proszek jest niebieski. — Ogrzana próbka po dodaniu kilku kropel wody.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Niebieska barwa próbki w czasie ogrzewania stopniowo blednie, a na ściankach probówki pojawiają się krople cieczy. Otrzymany produkt jest wyraźnie jaśniejszy, od wyjściowego hydratu. Po naniesieniu kilku kropli wody ponownie pojawia się intensywnie niebieskie zabarwienie.

Wnioski:

W trakcie ogrzewania hydratu siarczanu( $VI$ ) miedzi( $II$ ) – woda( $1 / 5$ ) cząsteczki wody krystalizacyjnej zostają stopniowo usuwane z sieci krystalicznej soli. Produktami przemian są kolejno sole, zawierające mniej niż $5$ moli cząsteczek wody przypadających na $1$ mol siarczanu( $VI$ ) miedzi( $II$ ) oraz woda, skraplająca się na ściankach probówki. Po dodaniu kilku kropli wody ponownie powstaje hydrat siarczanu( $VI$ ) miedzi( $II$ ) – woda( $1 / 5$ ).

Uwaga: Odpowiednio długie ogrzewanie niebieskiego hydratu siarczanu( $VI$ ) miedzi( $II$ ) – woda( $1 / 5$ ) może doprowadzić do uzyskania białej soli bezwodnej – siarczanu( $VI$ ) miedzi( $II$ ).

W chemii organicznej hydratem jest każdy związek chemiczny otrzymany na skutek reakcji addycjiaddycjaaddycji wody. Przykładem jst wodzian chloralu, który powstaje na skutek addycji cząsteczki wody do aldehydu trichlorooctowego (chloralu).

RhlnSMX9ZiY45

Zdjęcie przedstawia bezbarwne, mieniące się grube kryształy. — Kryształy wodzianu chloralu
Źródło: Danny S., dostępny w internecie: www.pl.wikipedia.org, licencja: CC BY-SA 3.0.

RQuXSoP4sshyM

Ilustracja przedstawia wzór przestrzenny oraz model kulkowy chloralu. Wzór opisano: atom węgla łączy się przez wiązania pojedyncze z trzema atomami chloru oraz tworzy wiązanie pojedyncze z atomem węgla dodatkowo związanym z dwiema grupami hydroksylowymi i atomem wodoru. Model zbudowany jest z siedmiu połączonych ze sobą kulek, których wielkość zależy od rozmiaru atomu. Największe, zielone, to atomy chloru. Czarne to atomy węgla, czerwone to atomy tlenu, a najmniejsze, białe, to atomy wodoru. Struktura jest zwarta. — Wzór przestrzenny i model czaszowy wodzianu chloralu. Przykład organicznego hydratu
Źródło: GroMar sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Słownik

hydraty

związki uwodnione (inaczej wodziany), zawierające cząsteczki wody wbudowane w sieć krystaliczną

substancje higroskopijne

substancje zdolne do pochłaniania wody oraz pary wodnej

sieć krystaliczna

charakterystyczny dla danego kryształu układ jonów, atomów lub cząsteczek

witriole

uwodnione sole siarczanowe( $VI$ ) metali dwuwartościowych

woda krystalizacyjna

woda występująca w postaci oddzielnych cząsteczek $H_{2} O$ w kryształach hydratów

addycja

(łac. additio „dodawanie”) reakcja przyłączania; polega na przyłączaniu atomów lub cząsteczek związku chemicznego z utworzeniem cząsteczki jednego produktu (adduktu)

Wprowadzenie

Symulacja interaktywna

Hydraty

Co oznacza kropka we wzorze hydratu?

Przykłady hydratów

Barwy hydratów

Słownik