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 NO ₂ (OH), серная SO ₂(OH)₂, борная R(OH) ₃, уксусная C ₂H₃ O(OH), обыкновенный винный спирт C ₂H₅ (HO), глицерин С ₃ Н ₃ (ОН) ₃ и 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 НCl, а остаток воды ОН вступает на место хлора хлорангидрида, образуя гидрат. Так образуется, например, серная кислота при разложении водой хлористого сульфурила:

SО ₂Cl₂ + 2Н ₂O = SO₂(OH)₂ + 2НCl

или уксусная кислота из хлористого ацетила:

C₂H₃ OCl + Н ₂ O = С ₂H₃ О(НО) + НCl.

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 + 2НCl = СаСl ₂ + 2Н(НО).

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

SO₃ + Н ₂ O = Н ₂ SО ₄;

СаО + Н ₂ O = 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) = Сu(НО) ₃ + Na₂SO₄;

(NaO)₂SiO₃ + Н ₂ SО ₄ = (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:

C₂H₃ O. H + О = C ₂H₃O(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) ₂ O, а эта последняя при прокаливании дает метафосфорную РО ₂ (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 РCl ₅:

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

водные основания обменивают ОН на Cl, как уже было указано выше, при действии соляной кислоты НCl, 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) + Н ₂O;

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 + Н ₂;

HaSO₄ + ZnO = ZnSO₄ + Н ₂O;

H₂SO₂ + Zn(HO₂) = ZnSO₄ + 2H₂O;

C₂H₅(HO) + Na = C₂H₅ (NaO) (алкоголят натрия) + H ₂.