Definicja pojęcia:

hydratacja

Hydratacja, uwadnianie, uwodnienie – proces przyłączania cząsteczek wody do cząsteczek innych substancji rozpuszczonych w roztworze wodnym zachodzący przeważnie wskutek elektrostatycznego przyciągania się polarnych cząsteczek wody oraz jonów lub polarnych cząsteczek substancji rozpuszczonej. Hydratacja to proces wiązania cząsteczek wody z utworzeniem nowego związku chemicznego.
  1. Solwatacja
  2. Mechanizm hydratacji
  3. Hydraty
  4. Właściwości hydratów

Solwatacja

Solwatacja jest procesem tworzenia przez rozpuszczalnik otoczki solwatacyjnej wokół jonów i cząstek substancji rozpuszczonej obecnych w roztworze, w wyniku czego powstają połączenia zwane solwatami. Proces ten zachodzi wskutek wzajemnego przyciągania elektrostatycznego cząsteczek silnie polarnego rozpuszczalnika oraz obecnych w roztworze jonów lub polarnych cząsteczek substancji rozpuszczonej. Solwatacja, w której rozpuszczalnikiem jest woda określana jest mianem hydratacji, a powstałe połączenia określane są mianem hydratów.
Kation sodu (Na⁺) otoczony cząsteczkami wody (H₂O). Wikimedia.org

Mechanizm hydratacji

Hydratacja (uwodnienie) jest to proces przyłączania cząsteczek wody do cząsteczek innych substancji rozpuszczonych w roztworze wodnym, zachodzącym przeważnie wskutek elektrostatycznego przyciągania się polarnych cząsteczek wody oraz jonów lub polarnych cząsteczek substancji rozpuszczonej. W przypadku, gdy substancja rozpuszczona w roztworze wodnym ma budowę jonową, sieć jonowa rozpada się na aniony i kationy, które mogą reagować z polarnymi cząsteczkami wody. Każdy jon po uwolnieniu z sieci krystalicznej otaczany jest przez kilka cząsteczek wody, wskutek czego powstaje otoczka hydratacyjna, której grubość zależy od ładunku jonu podlegającego hydratacji oraz od stopnia mineralizacji wody.

Procesy hydratacji obejmują różne sposoby wiązania cząsteczek wody przez jony lub polarne cząsteczki substancji rozpuszczonej w roztworze. Woda w tych połączeniach – produktach reakcji hydratacji (hydratach) – może występować w postaci cząsteczkowej (H₂O) bądź w formie zdysocjowanej, gdzie do cząsteczki danej substancji przyłączają się osobno jony wodorowe (H⁺) i jony wodorotlenowe (OH⁻).

Mechanizm reakcji hydratacji polega na:
  • wiązaniu cząsteczek wody (wody krystalicznej) z atomem (jonem) centralnym w sieci krystalicznej za pomocą wiązań koordynacyjnych bądź względnie trwałych wiązań wodorowych; na zasadzie tej przebiegają reakcje powstawania soli uwodnionych z soli bezwodnych, np. reakcja przemiany bezwodnego siarczanu wapniaanhydrytu (CaSO₄) w dwuwodny siarczan wapnia – gips (CaSO4·2H2O);
  • wiązaniu cząsteczek wody z kationami o dużej wartościowości, w wyniku czego powstają kationy kompleksowe; np. oktaedryczne jony kompleksowe [Cu(H₂O)₆]²⁺ tworzone przez siarczan miedzi (CuSO₄) w roztworze wodnym;
  • wiązaniu cząsteczek wody do cząsteczek innej substancji (np. związków organicznych zawierających w cząsteczce wiązania nienasycone) przebiegająca z utworzeniem nowego związku chemicznego (reakcja addycji wody); np. addycja wody do alkenu prowadząca do powstania alkoholu, w której kation wodoru (H⁺) przyłącza się do jednego atomu węgla przy wiązaniu podwójnym , a anion wodorotlenkowy (OH⁻) do drugiego atomu węgla tworzącego to wiązanie;
  • wiązanie cząsteczek wody z powierzchnią cząstek koloidalnych (np. białek), czego wynikiem jest powstanie zolu – układu z cząstkami koloidalnymi rozproszonymi w roztworze wodnym.

Procesy hydratacji są często procesami odwracalnymi. Dehydratacja (odwodnienie) polega na usunięciu z cząsteczki uwodnionego związku chemicznego cząsteczek wody, atomów wodoru oraz tlenu o takim samym stosunku atomowym jak w cząsteczce wody bądź cząsteczek wody związanych z powierzchnią zolu.

Wiązanie wodorowe w wodzie, fot. shutterstock

Hydraty

Hydraty (wodziany) to produkty reakcji hydratacji, powstające m.in. podczas krystalizacji z roztworów wodnych bądź w wyniku pochłonięcia wody przez niektóre substancje higroskopijne, a także, w przypadku związków organicznych, w wyniku reakcji addycji wody do cząsteczki danego związku chemicznego. Stanowią one połączenia cząsteczek wody z jonami lub cząsteczkami substancji rozpuszczonych obecnych w roztworze wodnym. Mogą występować jako związki rozpuszczone w roztworach wodnych lub w postaci kryształów. Niektóre substancje mogą tworzyć kilka rodzajów hydratów, np. węglan sodu (Na₂CO₃) tworzy trzy hydraty – jednowodny węglan sodu (Na₂CO₃·H₂O), siedmiowodny węglan sodu (Na₂CO₃·7H₂O) oraz dziesięciowodny węglan sodu (Na₂CO₃·10H₂O).

Właściwości hydratów

  • przeważnie są nietrwałe termicznie – w wyniku reakcji ogrzewania tracą wodę i przechodzą w hydraty mniej uwodnione bądź substancje bezwodne; niektóre hydraty są trwałe i nie ulegają odwodnieniu przed osiągnieciem temperatury topnienia;
  • wykazują mniejszą higroskopijność w porównaniu do form bezwodnych;
  • cechują się inną barwą w porównaniu do mniej uwodnionych hydratów i form bezwodnych tego samego związku chemicznego, np. bezwodny siarczan miedzi (CuSO₄) ma barwę białą, jednowodny siarczan miedzi (CuSO₄·H₂O) ma barwę jasnoniebieską, pięciowodny siarczan miedzi, chalkantyt (CuSO4·5H2O) ma intensywną niebieską barwę; bezwodny chlorek kobaltu (II) ma barwę ciemnoniebieską, sześciowodny chlorek kobaltu(II) (CoCl₂·6H₂O) ma barwę ciemnoróżową; zjawisko zmiany barwy danej substancji po przejściu w formę uwodnioną wykorzystywane jest m.in. do wykrywania zawilgocenia środków suszących (np. silikażelu);
  • większość cechuje się dobrą rozpuszczalnością w wodzie; wyjątek stanowi np. słabo rozpuszczalny gips (dwuwodny siarczan wapnia CaSO₄·2H₂O).
Chalkantyt, pięciowodny siarczan miedzi (CuSO4·5H2O). fot. shutterstock

Bibliografia

  1. Loretta Jones, Peter Atkins; “Chemia ogólna – cząsteczki, materia, reakcje”; Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2009;
  2. John McMurry; “Chemia organiczna”; Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2005;
  3. “Nowa Encyklopedia Powszechna PWN”; Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1997;
  4. Jonathan Clayden, Nick Greeves, Stuart Warren; “Organic Chemistry”; Oxford University Press, 2012;
  5. K.M. Pazdro; “Podstawy chemii dla kandydatów na wyższe uczelnie”; Wydawnictwo Edukacyjne, Warszawa 1991;
  6. Adam Bielański; “Podstawy chemii nieorganicznej – część 2”; Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1994;
Legenda. Pokaż objaśnienia oznaczeń i skrótów
Szukaj
Oceń stronę
Ocena: 4.9
Wybór wg alfabetu:
a b c ć d e f g h i j k l ł m n o q p r s ś t u v w x y z ż ź