Номенклатура кристаллогидратов

Для кристаллогидратов как и для всех химических соединений существуют правила названий. Название кристаллогидрата строится из систематического названия соли и указывается количество молекул кристаллизационной воды входящих в формальную единицу. Рассмотрим конкретные примеры.

CuSO₄· 5H₂O – пентагидрат сульфата меди;

Na₂CO₃· 10H₂O – декагидрат карбоната натрия;

AlCl₃· 6H₂O – гексагидрат хлорида алюминия.

Следует отметить, что содержание воды в кристаллогидратах формально может иметь и нецелочисленное значение, поэтому в таких случаях поступают следующим образом: CdSO₄ · 2,67 H₂O - 2,67- гидрат сульфата кадмия, SO₂ ·n H₂O – полигидрат диоксида серы. Однако рассмотренный способ названия кристаллогидратов довольно упрощенный. Если нам известна структура образуемого соединения, то мы можем его назвать более конкретно, при этом указав в какой форме вода находится в данном соединении и с какими ионами она связанна. Исследование строения кристаллов CuSO₄· 5H₂O показало, что в его формульной единице четыре молекулы воды связаны с атомом меди, а пятая – с сульфатными ионами. Таким образом, формула этого вещества – [Cu(H₂O)₄]SO_4· H₂O, имеет называние моногидрат сульфата тетрааквамеди (II).

Аналогичное строение имеет соединение [Fe(H₂O)₆]SO_4· H₂O – моногидрат сульфата гексаакважелеза(II).

Другие примеры:

[Ca(H₂O)₆]Cl₂ – хлорид гексааквакальция;

[Mg(H₂O)₆]Cl₂ – хлорид гексааквамагния.

Однако часто нам не нужно применять систематическую номенклатуру, а можно воспользоваться тривиальными названиями веществ. Так CuSO₄ · 5H₂O – медный купорос, Na₂CO₃· 10H₂O – «кристаллическая» сода и т.д. [2], [26].

Классификация

Классификацию кристаллогидратов можно вести по различным критериям:

1. По наличию связи структуры безводного вещества и кристаллогидрата

· фазы определенного состава - вид кристаллогидратов, у которых при удалении кристаллизационной воды происходит сжатие кристаллической решетки, поэтому структура безводного вещества и кристаллогидрата не связанны между собой. К данному классу относятся кристаллогидраты многоосновных кислот, оснований и клатратов.

· неопределенного состава – вид кристаллогидратов, у которых процесс удаления воды может быть осуществлен без существенных изменений в кристалле. Это возможно при наличии в кристалле достаточного количества свободных промежутков, каналов (чтобы уместились молекулы воды). У веществ этого класса может происходить обратимая гидратация и дегидратация. Примерами таких веществ являются цеолиты [32].

2. По количеству молекул воды входящих в формульную единицу кристаллогидрата

· Существует кристаллогидраты, в которых на одну молекулу или частицу гидратированного вещества приходится 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,12 молекул воды.

· Но наиболее распространенными являются кристаллогидраты с 1,2,4,6,8 молекулами воды.

· Для многих веществ известны кристаллогидраты различного состава.

- MgCl₂∙ nH₂O где n= 2,4,6,8,12.

- CaCl₂∙ nH₂O где n= 1,2,4,6,8.

- NaOH∙ nH₂O где n=1,2,3,4,6,8.

- H₂SO₄∙ nH₂O где n= 1,2,4,6,8.

3. По природе соединения участвующего в образовании кристаллогидратов

Органическое

Неорганическое

3. По агрегатному состоянию гидратообразователя при н.у.

Твердое (соли)

Газ (предельные у/в, С1₂, Н₂ S, Аг, Хе, SО₂)

Жидкость (серная кислота, этиловый спирт)

5. Класс соединений

Кислоты (H₂SO₄^.H₂O)

Основания (NaOH^.H₂O)

Соли (ZnSO₄·7H₂O,MnSO₄·7H₂O)

6. Температурная устойчивость

· Если кристаллизационная вода удерживается Ван-дер-Ваальсовыми силами, то такие вещества стабильны при температурах ниже нуля (клатраты)

· Если кристаллизационная вода удерживается в кристаллогидрате слабыми межмолекулярными связями, то она легко удаляется при нагревании:

Na₂CO_3· 10H₂O = Na₂CO₃ + 10H₂O (при 120 ° С);

K₂SO_3· 2H₂O = K₂SO₃ + 2H₂O (при 200 ° С);

· Если же в кристаллогидрате связи между молекулами воды и другими частицами близки к химическим, то такой кристаллогидрат или дегидратируется (теряет воду) при более высокой температуре, например:

Al₂(SO₄)₃ · 18H₂O = Al₂(SO₄)₃ + 18H₂O (при 420 ° С);

СoSO₄ · 7H₂O = CoSO₄ + 7H₂O (при 250 ° С);

или при нагревании разлагается с образованием других химических веществ, например:

2{FeCl_3· 6H₂O} = Fe₂O₃ + 6HCl + 9H₂O (выше 250 ° С);

2{AlCl_3· 6H₂O} = Al₂O₃ + 6HCl + 9H₂O (200 – 450 ° С) [14].

7. По состоянию воды в гидратах

· Псевдогидраты - это соединения, в которых часть молекул кристаллизационной воды образуют гидроксид ионы или ионы гидроксония (HClO₄·H₂O = H₃O·ClO₄ , Sr(BO₂)₂·4H₂O = Sr[B(OH)₄]₂) Воду, входящую в состав псевдогидратов называют конституционной [39].

молекулы воды изолированы друг от друга. Атомы кислорода в воде координируются вокруг центрального иона: CuCl₂∙ 2H₂O, CoCl₂∙2H₂O (Приложение 2, Рис 3).

Внутрисферные кристаллогидраты – молекулы кристаллизационной воды удерживаются благодаря ковалентной связи с катионом [Al(H₂O)₆ ]Cl₃, [Mg(H₂O)₆]Cl₂ (Приложение 2, Рис 1).

Смешанные кристаллогидраты – кристаллизационная вода удерживается за счет образования водородных связей и донорноакцепторного взаимодействия. К данной группе можно отнести купоросы (CuSO₄·5H₂O или [Cu(H₂O)₄]SO₄·H₂O), пятая молекула воды связывается именно водородными связями (Приложение2, Рис 2) [2].

молекулы воды образуют цепи. В ряде случаев молекулы воды связывают два катиона Zn(OH)H₂O и BaCl₂∙ H₂O. Образуются бесконечные цепи.

Молекулы воды образует слои, объединяемые ионами соли (CaSO₄·2H₂O). В соединении Mg₂(OH)₂(H₂O)₃CO₃ в каналах структуры.

Своеобразными упорядоченными твердыми растворами внедрения типа соль — лед являются некоторые кристаллогидраты с большим числом молекул воды, например Na₂SO₄·10Н₂О, Na₂СO₃·10Н₂О (тектогидраты). Они имеют структуру льда, которая стабилизируется за счет стягивающего действия электростатически взаимодействующих ионов противоположного знака. Вследствие этого температура плавления тектогидратов намного превышает температуру плавления льда [2].