Гидратация
Гидратация в растворах (греческое hydor вода) — процесс присоединения молекул воды к молекулам или ионам растворенного вещества.
Понятие «гидратация» относится к водным растворам; при других растворителях это явление называют сольватацией. Процесс, обратный гидратации или сольватации, называют соответственно дегидратацией или десольватацией. Гидратация является важным условием растворения веществ и устойчивости их в растворе, в частности стабильности растворов белковых и других биополимеров. Гидратация обусловливает набухание полимеров в водных средах, играет большую роль в проницаемости клеточных мембран, в водно-солевом обмене и так далее.
Особенно склонны к гидратации ионы. Их гидратация обусловлена ориентацией дипольных молекул воды в электрическом поле иона, а гидратация полярных не электролитов — их ориентацией за счет взаимодействия диполей и образования водородных связей.
Упорядоченное расположение молекул растворителя вокруг ионов или полярных групп атомов в молекуле растворенного вещества позволяет говорить об образовании ими гидратных слоев или оболочек. Молекулы воды в гидратном слое остаются химически почти неизменными. Этим гидратация отличается от других химических взаимодействий в растворах, например от гидролиза. Однако в гидратном слое изменяются многие физические свойства воды: давление пара, диэлектрическая проницаемость, сжимаемость, растворяющая способность и другие. Гидратация сопровождается выделением тепла и понижением энтропии растворителя благодаря упорядоченному расположению молекул воды в гидратном слое.
Гидратная оболочка в основном удерживается электростатическими силами притяжения, причем полярные группы могут образовывать с молекулами воды водородные связи. Наиболее прочно связаны с ионами или полярными группами в молекулах растворенного вещества те молекулы воды, которые сосредоточены в первом молекулярном слое; энергия связи у молекул второго слоя значительно ниже; в третьем она уже ничтожно мала.
В результате гидратации ионов часто образуются координационные соединения. Например, гидратация иона Сu2+ в водных растворах происходит так, что четыре молекулы воды распределяются симметрично вокруг Си2+, образуя плоскую фигуру. Гидратированный ион меди Си2+-4Н2О придает раствору характерную голубую окраску. Образование гидратов (сольватов) лежит в основе теории растворов Д. И. Менделеева.
Наиболее прочно связанная гидратная вода может при кристаллизации растворенного вещества из растворов входить в состав его кристаллов (кристаллизационная вода), образуя кристаллогидраты, например CuSО4-5H2О, которые по существу являются комплексными соединениями.
Степень гидратации различных ионов и молекул неодинакова и зависит от размеров частиц и величины их заряда. Чем больше заряд и меньше размеры иона, то есть выше удельная плотность заряда, тем больше степень гидратации. Ион L+ гидратирован больше, так как удельная плотность заряда у него выше, чем у ионов К+. Недиссоциированные молекулы также в той или иной степени гидратированы, их гидратная оболочка возникает только вокруг полярных групп и потому может быть не сплошной.
Гидратация ионов в растворе влияет на их подвижность, причем зависимость обратно пропорциональная.
|