Гидраты

суть определенные химические соединения, содержащие в своем составе элементы воды. Между ними различают гидраты в собственном смысле, соединения с кристаллизационной водой и некоторые растворы, обладающие свойствами определенных химических соединений. К первым принадлежат такие соединения, в которых, на основании некоторых реакций их образования и их превращений, вода принимается содержащеюся в виде водных остатков ОН (гидроксил). Таковы кислоты, гидраты оснований, или водные окиси, и спирты, или алкоголи. Общей для всех их формулой будет R(ОН)_n, где R есть элемент или сложная группа атомов, например, водная окись натрия, или едкий натр Na(HO), водная окись кальция, или едкая известь Са(НО)₂, кислоты азотная NO₂(OH), серная SO₂(OH)₂, борная R(OH)₃, уксусная C₂H₃O(OH), обыкновенный винный спирт C₂H₅(HO), глицерин С₃Н₃(ОН)₃и т. п. Они могут рассматриваться, как вода, в которой произошло замещение одного атома водорода каким-нибудь R, например, натрием, что видно из сопоставления формул воды и едкого натра

Сколько частиц воды принимало участие в замещении, столько и водных остатков находится в гидрате, например:

Число же частиц воды определяется эквивалентностью R. Такое замещение может быть воспроизведено и в действительности. Так, натрий и др. щелочные, а также щелочноземельные металлы выделяют из воды газообразный водород и дают соответствующие Г. Из других реакций их образования на первом плане следует поставить действие воды на хлорангидриды или другие галоидангидриды, так как эта реакция с ясностью показывает справедливость принятого воззрения на Г., как гидроксильные соединения, ибо здесь один атом водорода воды соединяется с атомом хлора хлорангидрида, образуя хлористый водород HCl, а остаток воды ОН вступает на место хлора хлорангидрида, образуя гидрат. Так образуется, например, серная кислота при разложении водой хлористого сульфурила:

SO₂Cl₂+ 2Н₂O = SO₂(OH)₂+ 2HCl

или уксусная кислота из хлористого ацетила:

C₂H₃OCl + Н₂O = С₂H₃О(НО) + HCl.

Основные Г. не образуются этой реакцией, вследствие прочности по отношению к воде отвечающих им хлористых соединений. Однако, присутствие и в них водных остатков можно видеть из обратной реакции, именно получения хлористых металлов при действии хлористого водорода на основные Г., при чем водород хлористого водорода соединяется с водным остатком гидрата, образуя воду, а хлор становится на его место в гидрате, например:

Са(НО)₂+ 2HCl = CaCl₂+ 2Н(НО).

Многие Г. образуются прямым соединением безводных тел (ангидридов) с водой, напр.:

SO₃+ Н₂O = Н₂SO₄;

СаО + Н₂O = Са(НО)₂.

Далее, они могут получиться при реакциях двойного разложения солей с другими Г. (реакция, важная для получения Г. слабых кислотных и основных окислов, не способных прямо соединяться с водой), напр.:

CuSO₄+ 2Na(HO) = Cu(НО)₃+ Na₂SO₄;

(NaO)₂SiO₃+ Н₂SO₄= (HO)₂SiO + Na₂SO₄.

В подобные же реакции могут вступать и сложные эфиры; таково, например, омыление их щелочами по уравнению:

C₂H₃O₂(C₂H₅) + NaHO = C₂H₃O(NaO) + C₂H₃(HO).

Наконец, Г. можно получить путем образования в соединениях водных остатков при реакциях окисления и восстановления; так уксусный альдегид (вещество ангидридное, водных остатков не содержащее), присоединяя кислород, дает уксусную кислоту, а, соединяясь с водородом, образует спирт:

C₂H₃O. H + О = C₂H₃O(HO);

C₂H₄O + H₂= C₂H₅(OH).

Одним нагреванием часто нельзя или трудно выделить из Г. воду, в них содержащуюся (известь, серная кислота), а иногда и вовсе нельзя даже при сильнейшем накаливании (едкий натр, метафосфорная кислота). В некоторых случаях легче достигается полное разложение гидрата, чем разложение его на воду и ангидрид (спирт, уксусная, азотная кислота). Но есть между Г. и легко теряющие воду и даже такие, которые едва способны к самостоятельному существованию. Теряя воду, многие гидраты, прежде образования ангидридов, могут переходить в ангидрогидраты, т. е. гидраты с меньшим количеством воды; так наиболее богатый водой гидрат фосфорной кислоты, ортофосфорная кислота РО(НО)₃, при нагревании до 300° образует пирофосфорную кислоту (РО)₂(НО)₂O, а эта последняя при прокаливании дает метафосфорную РО₂(НО); подобным же образом для кремнезема (см.) и мн. др. существуют многочисленные ряды гидратов с постепенно убывающим содержанием воды. Будучи лишь в незначительной мере способны к реакциям прямого соединения, гидраты с легкостью, и это для них весьма характерно, вступают в реакции двойного разложения, причем их водные остатки или водород последних обмениваются на атомы галоидов, металлов и сложные атомные группы (остатки спиртов и кислот), образуя галоидангидриды, соли и сложные эфиры и выделяя воду или газообразный водород. Замещение водных остатков кислот и спиртов хлором и образование из них хлорангидридов происходит при действии PCl₅:

C₂H₃O(OH) + PCl₃= C₂H₃OCl + POCl₃+ HCl;

водные основания обменивают ОН на Cl, как уже было указано выше, при действии соляной кислоты HCl, образуя хлористые металлы. Через замещение водных остатков оснований и спиртов остатками кислот при реакциях двойного разложения получаются соли и сложные эфиры:

Na(HO) + H(NO₃) = Na(NO₃) + Н₂O;

C₂H₅(HO) + H(C₂H₃O₂) = C₂H₅(C₂H₃O₂) + H₂O.

Кислоты и спирты обменивают водород своих водных остатков на металлы при взаимодействии с металлами или их окисями и гидратами, причем образуются соли или алкоголяты, напр.:

H₂SO₂+ Zn = ZnSO₄+ Н₂;

HaSO₄+ ZnO = ZnSO₄+ Н₂O;

H₂SO₂+ Zn(HO₂) = ZnSO₄+ 2H₂O;

C₂H₅(HO) + Na = C₂H₅(NaO) (алкоголят натрия) + H₂.

П. П. Рубцов Δ.

продукты присоединения воды к неорганическим и органическим веществам. Термин «Г.» употребляется главным образом по отношению к соединениям, содержащим кристаллизационную воду (кристаллогидратам (См. Кристаллогидраты)); он сохранился также в некоторых традиционных названиях, например CC1₃CH (OH)² называется хлоральгидрат. Раньше широко применялось название «гидраты окислов металлов», например NaOH — гидрат окиси натрия, и т.д. В настоящее время для этих соединений употребительно название «гидроокиси металлов» (поскольку, в отличие от кристаллогидратов, они не содержат отдельных молекул H₂O). См. Гидроокиси.

мн.

Химические соединения, образующиеся в результате гидратации.

продукты присоединения воды ( гидратации )к молекулам, атомам или ионам. М. б. газообразными, жидкими и твердыми; последние наз. кристаллогидратами.

В р-ре многозарядные ионы (А1³⁺, Сг ³⁺, Be²⁺ и др.) и небольшие однозарядные (Li⁺) достаточно прочно связывают ближайшие к ним молекулы воды, образуя аквакатионы, напр. [А1(Н ₂ О)₆]³⁺. Кристаллогидраты солей обычно образуются в тех случаях, когда катионы в их кристаллич. решетке образуют более прочные связи с молекулами Н ₂ О, чем с анионами в решетке безводной соли. При низких т-рах вода в кристаллогидратах м. б. связана и с катионом, и с анионом соли. Напр., у MgCl₂*12Н ₂ О ниже Ч 25

углеводородных газов (a.hydrates of hydrocarbon gases; н.Hydrate von Kohlenwasserstoffgassen; ф.hydrates des gar hydrocarbones, hydrates des gaz d'hydrocarbure; и.hidratos de hidrocarburos gaseosos) - соединения-включения (клатраты), в к-рых молекулы углеводородных газов (или легколетучих жидкостей) размером не более 6,9 A (0,69 нм) заполняют структурные пустоты кристаллич. решётки, образованной молекулами воды; известные термодинамич. условия образования Г. - темп-pa от 50 до 350 К при давлениях от 2 Па до 1,7 ГПа.

Впервые в технологич. системах (газопроводах) Г. обнаружены в 30-х гг. 20 в., в природе (Газогидратные залежи) - в 60-х гг. 20 в. Общая формула Г. G·n·Н₂O; в зависимости от состава газа (G) и условий гидратообразования n изменяется от 4,25 до 17. Один объём воды в гидратном состоянии связывает от 70 до 300 объёмов газа. Г. внешне похожи на спрессованный снег или молодой лёд. Плотность Г. 900-1100 кг/м³; теплоёмкость (50-60)·* 10³ Дж/моль-град; теплота образования - ок. 420 кДж/кг. Проницаемость воды через Г. от 1·* 10^-20 до 5·* 10^-18 м². Г. образуют газы всех известных газовых, газоконденсатных м-ний. Образуясь в потоке, Г. накапливаются в призабойной зоне пласта, скважине, технологич. промысловом оборудовании, магистральных газопроводах, подземных хранилищах газа; при переработке газов и лёгких углеводородных жидкостей. Затраты на предупреждение образования Г. и их ликвидацию достигают 20-30% промысловой себестоимости газа.Литература: Макогон Ю. Ф., Гидраты природных газов, М., 1974.Ю. Ф. Макогон.

продукты гидратации раз л. в-в. Вода в Г. присутствует в виде индивидуальных частиц и обычно может быть удалена при нагревании. Твёрдые Г. наз. кристаллогидратами.

ГИДРАТЫ — твёрдые или жидкие вещества, образующиеся при гидратации (см.) простых веществ, а также солей, кислот, оснований и органических соединений.