2.1. Диссоциация веществ с ионной структурой

Когда кристалл соли, например, хлорида натрия NaCl, попадает в воду, то расположенные на его поверхности ионы притягивают к себе полярные молекулы воды (ион-дипольное взаимодействие). К ионам натрия молекулы воды притягиваются своими отрицательными полюсами, а к хлорид-ионам – положительными. Но если ионы притягивают к себе молекулы воды, то и молекулы воды с такой же силой притягивают к себе ионы. В то же время притянутые молекулы воды испытывают «толчки» со стороны других молекул, находящихся в движении. Этих толчков вместе с тепловыми колебаниями ионов в кристалле оказывается достаточно для отделения ионов от кристалла и перехода их в раствор в гидратированном виде (рис. 1). Вслед за первым слоем ионов в раствор переходит следующий слой, и таким образом идет постепенное растворение кристалла.

Рис. 1. Диссоциация вещества с ионной структурой

2.2. Диссоциация электролитов, состоящих из полярных молекул

При попадании полярной молекулы (например, хлороводорода НСl) в воду молекулы воды притягиваются к полюсам полярной молекулы (диполь-дипольное взаимодействие) и вызывают расхождение ее полюсов – дополнительно поляризуют молекулу. В результате связь из ковалентной полярной превращается в ионную, и дальше молекула диссоциирует по типу ионного кристалла. Как и в случае ионного кристалла образующиеся ионы гидратируются (рис. 2).

Рис. 2. Диссоциация электролита, состоящего из полярных молекул

Таким образом, главной причиной диссоциации в водных растворах является взаимодействие электролитов с водой и гидратация ионов.

2.3. Гидраты. Кристаллогидраты

В растворах электролитов все ионы находятся в гидратированном состоянии, образуют гидраты.

Гидраты, как правило, нестойкие соединения, во многих случаях разлагающиеся уже при выпаривании растворов. Но некоторые ионы образуют с молекулами воды достаточно прочные гидраты. Например, ионы водорода соединяются с молекулами воды и образуют ионы гидроксония по донорно-акцепторному механизму:

Н⁺ + Н₂О  Н₃О⁺.

Иногда гидраты настолько прочны, что при выделении растворенного вещества из раствора вода входит в состав его кристаллов. Вещества, в кристаллы которых входят молекулы воды, называются кристаллогидратами, а содержащаяся в них вода – кристаллизационной.

Состав кристаллогидратов изображают формулами, показывающими, какое количество кристаллизационной воды содержит кристаллогидрат, например:

CuSO₄5Н₂О – медный купорос;

FeSO₄7Н₂О – железный купорос;

Na₂SO₄10Н₂О – глауберова соль;

CaSO₄2Н₂О – гипс;

Na₂В₄О₇10Н₂О – бура;

KAl(SO₄)₂12Н₂О – алюмокалиевые квасцы.

Обратите внимание! Точка в формуле кристаллогидрата не является знаком умножения, поэтому при чтении формул не нужно употреблять предлог «на». Например, формула гипса читается так: кальций-эс-о-четыре два аш-два-о.

При вычислении молярной массы кристаллогидрата производят сложение молярной массы безводного вещества и обозначенного коэффициентом числа молярных масс воды. Например:

М(CaSO₄2H₂O) = M(CaSO₄) + 2M(H₂O) = 136 + 218 = 172 (г/моль).

Прочность связи между веществом и кристаллизационной водой в кристаллогидратах различна. Многие из них теряют кристаллизационную воду уже при комнатной температуре. Так, прозрачные кристаллы соды (Na₂СО₃10Н₂О) легко «выветриваются» – теряя кристаллизационную воду, становятся тусклыми и постепенно рассыпаются в порошок. Для обезвоживания других кристаллогидратов требуется довольно сильное нагревание.