Hidratare (chimică)
În chimie , termenul de hidratare se referă la un set de fenomene care au loc atunci când o substanță intră în contact cu apa (sau strict vorbind fiecare dintre aceste fenomene).
În special, în funcție de tipul de substanță implicată în procesul de hidratare, poate apărea una dintre următoarele:
- complexare : în timpul acestei faze se formează o legătură de coordonare între moleculele de apă și substanța examinată, dând naștere unui „ complex ”; acest fenomen are loc exclusiv în cazul în care avem de-a face cu compuși ionici (săruri) și poate apărea pentru:
- solvatarea substanței în apă: în acest caz compusul ionic în contact cu apa se desparte, formând ioni care se dizolvă în apă, legându-se individual de moleculele de apă, care înconjoară ionul, orientându-se într-o direcție sau alta în funcție de sarcina ion;
- formarea unui compus de coordonare : în cazul în care reacția de solvatare are loc între apă și sarea uscată;
- reacție de adăugare a substanței cu o moleculă de apă (numită și "reacție de hidratare").
În cazul materialelor solide poroase, aceste fenomene pot fi precedate de absorbția apei în interiorul materialului. Mecanismul prin care se produce absorbția apei variază în funcție de mărimea porilor: în cazul porilor mai mari predomină transportul prin convecție , în timp ce în cazul porilor mai îngustați predomină transportul prin capilaritate și difuzie moleculară ; ca urmare a absorbției apei, materialul se poate umfla.
Rezolvarea
Când un compus ionic (sau electrolit ) este dizolvat în apă, datorită valorii ridicate a constantei dielectrice a apei, [1] există scindarea heterolitică a legăturilor compusului, cu formarea de ioni, care sunt încărcați pozitiv specii chimice (cationi) sau negativ (anioni). Divizarea acestui compus ionic de apă se numește „ hidroliză ”. Ionii produși influențează electric moleculele de apă din jur, care se aranjează în jurul ionului central și se orientează în consecință. [1]
De exemplu, clorura de sodiu (NaCl) poate fi găsită sub formă de sare de rocă , care este un mineral cristalin. Prin scufundarea unui cristal de sare de rocă în apă, atomii care formează structura sa cristalină se disociază în funcție de reacție:
- Na: Cl → Na + + Cl -
La rândul lor, moleculele de apă (H 2 O) sunt polare și au o sarcină pozitivă la atomii de hidrogen (H) și o sarcină negativă la atomul de oxigen (O), prin urmare aceste molecule se vor aranja în jurul ionului de sodiu (Na + ) prin adresarea atomului de oxigen către acesta și în jurul ionului de clor (Cl - ) adresându-i unul sau doi atomi de hidrogen. [1]
Procesul de dizolvare a speciilor electrolitice în apă poate fi endoterm (dacă absoarbe căldura ) sau exoterm (dacă produce căldură), [1] în funcție de faptul dacă energia de hidratare este mai mică (în cazul unui proces endoterm) sau mai mare ( în cazul procesului exoterm) cu privire la energia de disociere a rețelei cristaline . [2] De exemplu, clorura de sodiu se dizolvă prin absorbția căldurii, [2] în timp ce hidroxidul de sodiu se dizolvă prin eliberarea căldurii. [2]
Deși procesul de solvatare a speciilor electrolitice este mult mai studiat, [1] și alte tipuri de specii chimice pot suferi solvatare în apă, în special substanțe polare (de exemplu alcooli și amine ) [1] și într-o măsură mai mică nepolare substanțe gazoase (de exemplu, gaze nobile și hidrocarburi ). [1]
Formarea unui complex de coordonare
În cazul substanțelor care pot forma complexe de coordonare, vorbim de o substanță „anhidră” dacă nu există apă de complexare și de o substanță „hidratată” dacă este prezentă apă de complexare.
Formele hidratate sunt indicate urmând formula chimică a substanței cu un punct central și moleculele de apă asociate, în timp ce în cazul formei anhidre formula chimică a substanței este indicată fără nicio indicație suplimentară. De exemplu, formula clorurii cuprice anhidre este CuCl 2 , în timp ce formula clorurii cuprice dihidrat este CuCl 2 · 2H 2 O.
O substanță poate arăta foarte diferit în funcție de faptul că este anhidră sau hidratată. De exemplu:
- clorura stannică anhidră (SnCl 4 ) este lichidă, în timp ce sub formă pentahidrat (adică legată de 5 molecule de apă) este solidă;
- sulfatul cupric anhidru are culoarea albă sau verde deschis, în timp ce în forma sa hidratată își asumă culoarea albastră;
- clorura de cobalt anhidră are culoarea albastră, în timp ce forma sa hidratată este roșie;
- clorura cuprică anhidră este maro, în timp ce forma sa dihidrată este verde.
Clorură stanică anhidră
Pentahidrat de clorură stanică
Sulfat cupric anhidru și hidratat
Clorură de cobalt anhidră
Clorură de cobalt hexahidrat
Clorură cuprică anhidră
Clorură de cupru dihidrat
Reacție de hidratare
În timpul reacției de hidratare , o moleculă de apă este adăugată la o entitate moleculară (de obicei o moleculă a unei alte substanțe chimice ). [3]
Molecula care reacționează cu apa prin reacția de hidratare nu este descompusă , spre deosebire de ceea ce se întâmplă în hidroliză .
Hidratarea alchenelor
Apa se adaugă alchenelor în prezența unui acid puternic care acționează ca un catalizator . Produsul de reacție este un alcool .
De exemplu, etilena dizolvată în apă în prezența acidului fosforic suferă o reacție de hidratare cu formarea etanolului . [4]
Este o reacție de adiție electrofilă , care are loc în două etape, în care H + ionul acționează ca electrofil , iar OH - ionul acționează ca nucleofilul .
Reacția este regi-specifică cu o orientare Markovnikov . [5] Pentru a inversa această selectivitate puteți utiliza „ hidroborarea .
Hidratare minerală
Această intrare sau secțiune despre subiectul mineralogiei nu citează sursele necesare sau cei prezenți sunt insuficienți . |
În cazul mineralelor, apa este adăugată la structura cristalină a mineralului dând naștere mineralului hidratat .
În termeni geologici , procesul de hidratare a mineralelor este cunoscut sub numele de „ metasomatism ” sau alteraion și este un proces care are loc în metamorfismul retrograd . Hidratarea mineralelor are loc de obicei în conformitate cu hidrotermalismul .
Hidratarea minerală este, de asemenea, un proces care apare în regolit prin conversia mineralelor silicatate în minerale argiloase .
Există două modalități principale de a obține hidrați minerali: una este transformarea unui oxid într-un hidroxid dublu, ca și în hidratarea oxidului de calciu CaO în hidroxid de calciu Ca (OH) 2 ; cealaltă este încorporarea moleculelor de apă direct în structura cristalină a mineralului, ca și în hidratarea feldspatului în minerale argiloase .
Unele structuri minerale, de exemplu, montmorillonitul , sunt capabile să includă o cantitate variabilă de apă fără modificări semnificative în structura minerală.
Hidratarea este, de asemenea, mecanismul prin care cimentul Portland dezvoltă rezistență.
Notă
Bibliografie
- ( EN ) Hermann Weingärtner, Water [ link broken ] , în Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry , 2002, DOI : 10.1002 / 14356007.a28_001 .
