Różnice we właściwościach soli bezwodnych i hydratówhydrathydratów najłatwiej można dostrzec, porównując wygląd stałych próbek. Wiele hydratów posiada inną barwę niż odpowiadające im sole bezwodne. Zjawisko to obserwuje się często dla soli, leżących w bloku d układu okresowego, które w swojej strukturze zawierają jony metali.

Ludzkie oko obserwuje barwę, ponieważ dochodzi w niej do zaabsorbowania fragmentów promieniowania (światła) przez daną substancję, a gdy jest ono niepochłonięte, odbija się od niej. Właśnie dzięki temu jesteśmy w stanie zauważyć kolor danej substancji.

W przypadku obecności cząsteczek wody w sieci krystalicznej, dochodzi do innego ułożenia poszczególnych indywiduów chemicznych, niż miało to miejsce w przypadku substancji bezwodnej. Co za tym idzie – sól bezwodna pochłania inną częstotliwość promieniowania niż hydrat, dlatego obie substancje mają inne barwy. W przypadku hydratów, cząsteczki wody, oddziałując na jon metalu (zwykle na skutek koordynacji do tego jonu), mogą powodować rozszczepienia poziomu energetycznego, tworzonego przez orbitale d. Powstają wówczas dwa orbitale o różnej wartości energii. Przejście elektronów pomiędzy orbitalem o niższej energii a orbitalem o wyższej energii jest możliwe w wyniku pochłonięcia promieniowania, które dostarcza energii równej różnicy energii pomiędzy rozszczepionymi orbitalami.

Przykładem różnej barwy soli bezwodnej i uwodnionej jest siarczan(VI) manganu(II)  ${\text{MnSO}}_4$. Bezwodny siarczan(VI) manganu(II) jest bezbarwny. Siarczan(VI) manganu(II) może występować w czterech uwodnionych postaciach jako monohydrat ${\text{MnSO}}_4{\text{·H}}_2\text{O}$ (siarczan(VI) manganu(II) - woda (1/1)), tetrahydrat ${\text{MnSO}}_4{\text{·4 H}}_2\text{O}$ (siarczan(VI) manganu(II) – woda (1/4)), pentahydrat ${\text{MnSO}}_4{\text{·5 H}}_2\text{O}$ (siarczan(VI) manganu(II) – woda (1/5)) i heptahydrat ${\text{MnSO}}_4{\text{·7 H}}_2\text{O}$ (siarczan(VI) manganu(II) - woda (1/7)). Wszystkie te uwodnione postacie siarczanu(VI) manganu(II) posiadają różową barwę.

Za pomocą wzroku można także rozróżnić bezwodny chlorek żelaza(III) ${\text{FeCl}}_3$ oraz heksahydrat chlorku żelaza(III) ${\text{FeCl}}_3{\text{·6 H}}_2\text{O}$ (chlorek żelaza(III) – woda (1/6)). Dzieje się tak dlatego, ponieważ bezwodny chlorek żelaza(III) to ciało stałe o barwie granatowo‑zielonej, natomiast hydrat ma barwę żółtą.

Kolejnym przykładem jest siarczan(VI) żelaza(II). Bezwodny siarczan(VI) żelaza(II) ${\text{FeSO}}_4$ to białe ciało stałe, natomiast heptahydrat ${\text{FeSO}}_4{\text{·7 H}}_2\text{O}$ (siarczan(VI) żelaza(II) - woda (1/7)) to jasnozielona substancja.

RhYf4Z3F6dHbU

Zdjęcie przedstawiające drobne, jasnoniebieskie kryształki siarczanu(VI) żelaza(II) w postaci heptahydratu.

Pochłanianie wody

Sole bezwodne są substancjami silnie higroskopijnymisubstancje higroskopijnehigroskopijnymi, ponieważ potrafią chłonąć wodę z powietrza. Pochłanianie wody przez substancje bezwodne to jeden ze sposobów na otrzymanie hydratu. Przedstawione powyżej sole bezwodne – siarczan(VI) manganu(II) ${\text{MnSO}}_4$, chlorek żelaza(III) ${\text{FeCl}}_3$ oraz siarczan(VI) żelaza(II) ${\text{FeSO}}_4$– są substancjami higroskopijnymi. W wyniku pochłaniania wody przez te bezwodne sole powstają hydraty.

Kolejnym przykładem jest chlorek kobaltu(II). Bezwodny chlorek kobaltu(II) ${\text{CoCl}}_2$ ma barwę niebieską. Umieszczony na szalce Petriego pochłania wodę z powietrza. O zajściu tego procesu świadczy zmiana barwy substancji umieszczonej na szalce. W zależności od ilości związanych cząsteczek wody, można obserwować różne zabarwienia. W wyniku przyłączenia dwóch cząsteczek wody, substancja przyjmuje barwę różową (chlorek kobaltu(II) – woda (1/2) ${\text{CoCl}}_2{\text{·2 H}}_2\text{O}$), natomiast gdy widzimy barwę czerwoną, to znaczy, że 1 mol soli bezwodnej pochłonął sześć moli cząsteczek wody i powstał heksahydrat chlorku kobaltu(II) (chlorek kobaltu(II) – woda (1/6)) ${\text{CoCl}}_2{\text{·6 H}}_2\text{O}$.

Gdyby zaś na szalce Petriego umieścić sześciowodny chlorek kobaltu(II) ${\text{CoCl}}_2{\text{·6 H}}_2\text{O}$ (chlorek kobaltu(II) – woda(1/6)), nie zaobserwowano by zmiany barwy. Świadczy to o tym, że hydrat, który może związać większą ilość cząsteczek wody, nie jest w stanie pochłonąć ich z powietrza.

Podobne właściwości można zaobserwować w przypadku bezwodnego chlorku żelaza(II). Bezwodny chlorek żelaza(II) ${\text{FeCl}}_2$ to białe ciało stałe. Umieszczony na szalce Petriego bezwodny chlorek żelaza(II) ${\text{FeCl}}_2$, pod wpływem wilgoci, będzie tworzył tetrahydrat ${\text{FeCl}}_2{\text{·4 H}}_2\text{O}$ (chlorek żelaza(II) – woda (1/4)) o barwie jasnozielonej (pochłonie cztery mole cząsteczek wody na każdy 1 mol soli). Natomiast po umieszczeniu chlorku żelaza(II)
– woda (1/4) ${\text{FeCl}}_2{\text{·4 H}}_2\text{O}$ – nie obserwuje się widocznej zmiany barwy. Oznacza to, że ${\text{FeCl}}_2{\text{·4 H}}_2\text{O}$ nie wiąże wody z powietrza.

Ogrzewanie

Różnice we właściwościach hydratów oraz soli bezwodnych można także zbadać za pomocą ogrzewania. Jeśli delikatnie ogrzewamy bezwodne sole, to raczej nie obserwujemy zmian. Natomiast w wyniku mocniejszego ogrzewania hydratów, możemy zauważyć pojawianie się kropelek cieczy, a także niekiedy zmianę barwy próbki danej soli. Przeanalizujmy to zjawisko na przykładzie sześciowodnego chlorku niklu(II) ${\text{NiCl}}_2{\text{·6 H}}_2\text{O}$ (chlorek niklu(II) – woda (1/6)). Chlorek niklu(II) – woda (1/6). ${\text{NiCl}}_2{\text{·6 H}}_2\text{O}$ to ciało stałe o barwie zielonej. Aby je ogrzać, należy umieścić w probówce. Po pewnej chwili można zobaczyć, że barwa substancji zmienia się z zielonej na żółtą. Co więcej, na ściankach probówki pojawią się krople cieczy. W wyniku ogrzewania, hydrat oddał związaną wodę i powstał bezwodny chlorek niklu(II) ${\text{NiCl}}_2$ o barwie żółtej.

R7IWbGURxMuWU

Zdjęcie przedstawia bezwodny chlorek niklu(II) w postaci żółtego proszku. znajduje się na szkiełku zegarkowym.

Badanie różnic we właściwościach hydratów i soli bezwodnych

W celu zbadania różnic we właściwościach hydratów i soli bezwodnych, można wykonać eksperyment opisany poniżej. Wybrany hydrat należy zważyć, a następnie ogrzewać. W trakcie tego procesu, do drugiej probówki zbierana jest skraplająca się ciecz. Po ogrzaniu, zawartość probówki waży się ponownie.

RJ02fUwTsJFJs

Ilustracja przedstawia dwie probówki połączone wężykiem. W pierwszej znajduje się niebieski stały siarczan(VI) miedzi(II) w postaci pentahydratu, probówka ta jest zakorkowana i znajduje się nad płomieniem palnika. Na drugim końcu wężyka znajduje się probówka wypełniona wodą.

Słownik

Bibliografia

Bielański A., Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2010.

Jelińska‑Kazimierczuk M., Megiel E., Teraz matura. Chemia, Warszawa 2018.

Litwin M., Styska‑Wlazło Sz., Szymońska J., To jest chemia 1. Podręcznik dla liceum ogólnokształcącego i technikum. Zakres rozszerzony, Warszawa 2012.