Вода кристалізації Визначення

Кристалізаційна вода визначається як вода, стехіометрично пов'язана в кристал. Кристалічні солі, що містять кристалізаційну воду, називаються гідратами. Вода кристалізації також відома як вода гідратації чи вода кристалізації.

Як утворюється кристалізаційна вода

Багато сполук очищають кристалізацією з водного розчину. Кристал виключає багато забруднюючих речовин, проте вода може вписуватися в кристалічну решітку без хімічного зв'язку з катіоном сполуки. Застосування тепла може відігнати цю воду, але це зазвичай пошкоджує кристалічну структуру. Це нормально, якщо метою є отримання чистого з'єднання. Це може бути небажано при вирощуванні кристалів для кристалографії чи інших цілей.

Приклади кристалізаційної води

• Комерційні кореневі вбивці часто містять кристали пентагідрату сульфату міді (CuSO ₄ ·5H ₂ O). П'ять молекул води називаються кристалізаційною водою.
• Білки зазвичай містять більше води, ніж неорганічні солі. Білок може легко містити 50 відсотків води.

Вода кристалізації Номенклатура

Два методи позначення кристалізаційної води в молекулярних формулах:

Іноді ці дві форми поєднуються. Наприклад, [Cu(H ₂ O) ₄ ]SO ₄ ·H ₂ O можна використовувати для опису води кристалізації сульфату міді(II).

Інші розчинники у кристалах

Вода - це невелика полярна молекула, яка легко вбудовується в кристалічні ґрати, але це не єдиний розчинник, який є присутнім у кристалах. Фактично більшість розчинників більшою чи меншою мірою залишаються в кристалі. Типовим прикладом є бензол.Щоб звести до мінімуму вплив розчинника, хіміки зазвичай намагаються видалити якнайбільше за допомогою вакуумної екстракції і можуть нагрівати зразок, щоб видалити залишковий розчинник. Рентгенівська кристалографія часто дозволяє виявити розчинник усередині кристала.

Джерела

• Baur, WH (1964) «Про кристалохімію гідратів солей. ІІІ. Визначення кристалічної структури FeSO4(H2O)7 (мелантерит)» Acta Crystallographica , Том 17, стор. 1167-стор. 1174. Дої : 10.1107/S0365110X64003000
• Грінвуд, Норман Н.; Ерншоу, Алан (1997). Хімія елементів (2-ге вид.). Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 0-08-037941-9.
• Клеве, Би.; Педерсен, Би. (1974). Кристалічна структура дигідрату хлориду натрію. Acta Crystallographica B30: 2363-2371. дої : 10.1107/S0567740874007138

Освіта та зростання кристалів

Кристали виникають при переході речовини з будь-якого агрегатного стану у тверде. Головною умовою утворення кристалів є зниження температури до певного рівня, нижче якого частинки (атоми, іони), втративши надлишок теплового руху, виявляють властиві їм хімічні властивості та групуються у просторові ґрати.

Способи та фактори зародження кристалів

При температурах, що вимірюються тисячами градусів, жодна з відомих у природі речовин у кристалічному стані існувати не може. Другою важливою умовою є тиск. Температура та тиск - Це термодинамічні умови існування кристалічної речовини. Високо нагріта речовина при охолодженні може проходити на стадії газоподібної суміші, рідини, розплаву, твердого стану. Тому можливі три способи утворення кристалів.

1. Кристалізація шляхом сублімації - Перехід безпосередньо з газоподібного стану до твердого. В цьому випадку кристали утворюються прямо з пари, минаючи рідку фазу. Прикладом можуть бути сублімація і перекристалізація йоду. У природі цей процес відбувається у кратерах, вулканічних тріщинах (нальоти нашатиря, сірки та ін.). Взимку за ясної морозної погоди у повітрі утворюються сніжинки.
2. Розкристалізація у твердому стані - Перехід з твердого стану в твердий. Тут можливі два процеси. Перший – кристалічна речовина може утворюватися з аморфної. Так, з часом розкристалізовуються скла і вулканічні породи, що містять скло. Другий процес - Перекристалізація: структура одних речовин руйнується і утворюються нові кристали з іншою структурою. Явлення перекристалізації широко поширені у природі і ведуть до утворення нових мінералів, гірських порід та руд. Усі метаморфічні гірські породи тією чи іншою мірою є перекристалізованими. Під впливом температури, тиску та інших факторів вапняк, наприклад, переходить у мармур, глинисті породи – у філіти та кристалічні сланці, кварцові пісковики – у кварцити.
3. Кристалізація з розплавів та розчинів - Основний спосіб утворення кристалів у природі. Так утворюються з вогненно-рідкого силікатного розплаву (магми) потужні кристалічні породи – граніти. На дні озер, заток і море відкладаються кристали солей. З розплавів і розчинів вирощуються штучні кристали (наприклад, технічні та дорогоцінні камені: п'єзокварц, карборунд, рубін, алмаз, сапфір та ін.).

Таким чином, основна умова зародження – переохолодження чи перенасичення.Зародження кристалів – переохолодження чи перенасичення. Зародження кристалів може самостійно. Але іноді для зростання кристалів достатнім буває наявність дрібних кристаликів самого кристалізується або близьких до нього за будовою частинок інших твердих речовин. Процес утворення кристалів проходить стрибкоподібно, з виділенням енергії, з перегрупуванням частинок, з різкою зміною початкових властивостей. Кристалізаційна здатність у різних речовин неоднакова, вона визначається кількістю центрів кристалізації, що утворюються в одиницю часу в одиниці об'єму, та швидкістю зростання кристалів. При великій швидкості утворення центрів кристалізації виникає багато дрібних кристалів, за малої кількості центрів виникають великі кристали.

Як виростити кристал із солі будинку

Можна самостійно проводити досліди щодо вирощування кристалів. Попередньо готується подрібнена на порошок навішування тієї чи іншої солі (квасці, мідний купорос та ін). Наважку насипати в хімічно скляну або фарфорову склянку і налити за допомогою градуйованої мензурки необхідну кількість води. Покривши круглим (годинним) склом склянку, нагрійте вміст, щоб прискорити розчинення солі у воді. Потім одержаний розчин профільтруйте.

Таблиця 1 - Розчинність солей (у грамах) 100 см 3 води.

Калієво-алюмінієві галун KAl[SiO₄]·12H₂O Натрова селітра

Відфільтровану рідину помістіть у спеціальну склянку з широким дном та низькими стінками. У склянці розчин остигає та інтенсивно випаровується, чому сприяє характерна форма склянки, що створює велику поверхню випаровування.В результаті охолодження та випаровування виходить спочатку насичений, а потім перенасичений розчин (в ньому міститься надлишок розчиненої речовини). При цьому кристалізатори починають випадати кристалики. Наступного дня (після приготування розчину) потрібно вибрати кілька або один з кристаликів, що випали, обережно злити розчин у чистий кристалізатор і помістити туди відібрані кристали – «сніданки». "Сніданками" називаються тверді частинки, здатні викликати кристалізацію. Для отримання добре ограненого (ізометричного) кристала слід вирощувати його на волосині, або нитці-шовковинці. Кристали, вирощені на дні судини, будучи стиснуті в зростанні, набудуть неправильної форми (сплюснуті, витягнуті). Після закінчення деякого терміну, коли розчину стане мало, слід приготувати свіжий розчин і перенести кристал. Список обладнання для вирощування кристалів: реактиви, ступка (порцелянова), ваги з різновагами (аптекарські), дві склянки (хімічних або порцелянових), мензурка, пальник, азбестова сітка, кругле годинникове скло, скляна паличка для розміщення розчину, лійка, фільтрувальний папір, штатив для вирви, склянка з широким дном, пінцет, термометр. Зручний матеріал для отримання добре освічених кристалів представляють алюмінієві галун. Розчинність галунів у гарячій воді значно більша, ніж у холодній, тому ми можемо прискорити процес, охолоджуючи насичений розчин. Розчиніть галун у гарячій воді до меж розчинності; вийде насичений розчин. Досвід показує, що у 200 г гарячої води можна розчинити 25 г галунів. На нитках-шовковинках, опущених у розчин, виростають кристали правильної форми, властивої галун - октаедри.З нитки видаліть дрібні та неправильні кристали і залиште один найкращий, який поступово наростатиме. Речовина галунів рівномірно осідає на гранях вільно зростаючого кристала. При охолодженні насиченого розчину (75 г хромових галунів на 20 г води) до температури 11⁰С на дно судини випадають кірки дрібнозернистих кристалів. Правильні кристали хромових галунів у вигляді октаедрів фіолетового кольору ростуть на нитках, опущених у розчин. Кристали алюмінієвих галунів можуть рости в розчині хромових і навпаки, тому що у тих та інших однаковий тип просторових ґрат. Помістіть фіолетовий кристал хромових галунів, що росте на нитці, в насичений розчин алюмінієвих галунів - ви отримаєте двошаровий кристал з фіолетовим внутрішнім октаедром і зовнішнім безбарвним.

Найбільш вдалий результат виходить при вирощуванні кристалів мідного купоросу з розчину, концентрацією 29,2% при охолодженні до 13,5⁰С. У 200 г води при підігріванні розчиніть 82,5 г розтертого на порошок мідного купоросу. Пропустіть розчин через паперовий фільтр. Через 14-15 годин випадуть добре освічені кристали до 1,5 см завдовжки. Крім галунів та мідного купоросу, добре кристалізується дворомовокислий калій. Досвід самообмеження кристала: надайте вирощеному кристалу галун (обточуванням напилком) форму кулі, знову опустіть його в насичений матковий розчин і стежте за його зростанням. Через 1-2 дні ви помітите, що на кульці з'являються грані і через тиждень замість кульки знову утворюється правильний октаедр.

Вам може бути цікаво: