Кристаллогидраты — являются представителями обширных классов соединений, куда кроме них должны быть еще отнесены: кристаллоамиакаты, кристаллоалкоголяты, кристаллоэфираты и т. д. До сих пор кристаллогидраты не выделялись в особый класс соединений, а упоминались попутно при описании некоторых солей, потому что реакции их исследовались в водных растворах, когда принято игнорировать участвующую в превращении воду [2], [14], [38], [39].

1.3 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]SO4· H2O, имеет называние моногидрат сульфата тетрааквамеди (II).

Аналогичное строение имеет соединение [Fe(H2O)6]SO4· 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].

1.4 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:

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

K2SO3· 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{FeCl3· 6H2O} = Fe2O3 + 6HCl + 9H2O (выше 250 ° С);

2{AlCl3· 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.