Tabla de Contenidos
Termin „reakcja hydratacji” może odnosić się do jednego z dwóch różnych rodzajów procesów chemicznych, w zależności od kontekstu, w jakim jest używany. W szczególności reprezentuje bardzo różne reakcje chemiczne w zależności od tego, czy mówimy o chemii organicznej, czy o chemii nieorganicznej.
Reakcje hydratacji w chemii organicznej
Gałąź chemii, w której najczęściej używa się terminu reakcja hydratacji, to chemia organiczna. W tym przypadku reakcja hydratacji jest rozumiana jako każda reakcja polegająca na dodaniu pierwiastków tworzących cząsteczkę wody do wiązania wielokrotnego lub do pierścienia poddanego dużemu odkształceniu kątowemu (takie jak grupa cyklopropylowa lub grupa epoksydowa). Reakcja obejmuje zerwanie wiązania, jednego z wiązań pi w wiązaniu wielokrotnym lub jednego z wiązań sigma w przypadku cykli naprężonych, zmniejszając w ten sposób liczbę wiązań nienasyconych w związku macierzystym.
W tego typu reakcjach jeden z dwóch atomów, które pierwotnie były połączone podwójnym lub potrójnym wiązaniem, łączy się z grupą hydroksylową (-OH), podczas gdy drugi otrzymuje atom wodoru, uzupełniając w ten sposób dwa atomy wodoru. tlen, z którego składa się cząsteczka wody.
Należy zauważyć, że chociaż wypadkową reakcją hydratacji jest dodanie cząsteczki wody do struktury substratu organicznego, grupa hydroksylowa i dodatkowy atom wodoru niekoniecznie pochodzą z tej samej cząsteczki wody. Z drugiej strony, w zależności od typu substratu, reakcja hydratacji może wytwarzać różne rodzaje produktów, co prowadzi do powstania kilku różnych typów reakcji hydratacji. Zostały one opisane poniżej.
Reakcja hydratacji alkenu
Najprostszym przypadkiem reakcji hydratacji jest reakcja hydratacji alkenów, tych nienasyconych węglowodorów, które mają podwójne wiązanie węgiel-węgiel. Reakcja hydratacji alkenów daje jako produkt alkohol (R-OH), który może być pierwszorzędowy, drugorzędowy lub trzeciorzędowy, w zależności od tego, jak podstawione było początkowe wiązanie podwójne.
Reakcje te można przeprowadzić na wiele różnych sposobów i przy użyciu szerokiej gamy różnych odczynników lub katalizatorów. Najprostszą ze wszystkich jest katalizowana kwasem reakcja hydratacji alkenów, taka jak przykładowa poniżej.
Reakcja hydratacji alkinów
Podobnie jak w przypadku hydratacji alkenu, hydratacja alkinu polega na dodaniu grupy –OH i atomu wodoru do dwóch atomów węgla połączonych wiązaniem potrójnym. Reakcja polega na zerwaniu jednego z wiązań pi wiązania potrójnego, zmniejszając w ten sposób nienasycenia cząsteczki o jeden.
Początkowym produktem hydratacji alkinów jest enol (połączenie alkenu i alkoholu), w którym grupa hydroksylowa jest połączona bezpośrednio z atomem węgla zhybrydyzowanym sp2, będącym częścią wiązania podwójnego z innym atomem węgla .węglem . Ten typ związku często przechodzi proces przegrupowania, w wyniku którego staje się związkiem karbonylowym. W zależności od wzoru podstawienia macierzystego alkinu, ten związek karbonylowy może być aldehydem (jeśli był końcowym alkinem) lub ketonem (w przeciwnym razie). Poniższe równanie chemiczne przedstawia ogólną reakcję hydratacji alkinów.
Ta ostatnia równowaga przegrupowania między enolem a odpowiednim aldehydem lub ketonem jest znana jako tautomeria keto-enolowa i prawie zawsze sprzyja tworzeniu się tego ostatniego.
Reakcja hydratacji aldehydu i ketonu
Aldehydy i ketony są związkami karbonylowymi, to znaczy zawierają podwójne wiązanie między węglem a tlenem. To podwójne wiązanie może również ulec reakcji hydratacji, w którym to przypadku grupa hydroksylowa przyłącza się do atomu węgla, podczas gdy wodór wiąże się z tlenem karbonylowym, przekształcając go w grupę hydroksylową. Końcowym produktem reakcji jest podwójny alkohol (lub diol) z dwiema grupami hydroksylowymi przyłączonymi do tego samego węgla, który nazywa się diolem geminalnym. Ogólną reakcję hydratacji aldehydów i ketonów przedstawiono poniżej.
W zależności od tego, czy R1 i /lub R2 oznaczają atomy wodoru lub grupy alkilowe, chodzi odpowiednio o uwodnienie aldehydu lub ketonu.
Reakcje hydratacji w chemii nieorganicznej
W przeciwieństwie do chemii organicznej, w dziedzinie chemii nieorganicznej reakcje hydratacji to procesy, w których bezwodna sól absorbuje cząsteczki wody w dobrze określonych proporcjach stechiometrycznych, tworząc hydrat . To nie jest zamoczenie soli, ale raczej reakcja chemiczna, w której cząsteczki wody wiążą się z kationem soli (zwykle poprzez koordynacyjne wiązania kowalencyjne) i stają się częścią struktury krystalicznej związku soli.
Nie wszystkie sole ulegają reakcjom hydratacji. Na przykład chlorek sodu (zwykła sól kuchenna) nie. Z drugiej strony inne sole mają bardzo wyraźną tendencję do wchłaniania cząsteczek wody z dowolnego miejsca, w którym mogą je znaleźć, na przykład siarczan miedzi (II).
Cząsteczki wody, które są częścią struktury krystalicznej, nazywane są wodami krystalizacyjnymi, a związki jonowe, które zawierają wody krystalizacyjne, nazywane są hydratami. Z drugiej strony te związki, które mogą tworzyć hydraty, ale nie zawierają wody hydratacyjnej, są znane jako sole bezwodne.
Po ustaleniu wszystkich tych terminów możemy następnie zdefiniować reakcję hydratacji w chemii nieorganicznej jako reakcję chemiczną, w której bezwodna sól reaguje z wodą, tworząc hydrat. Wody hydratacyjne są wskazane jako część formuły hydratu poprzez umieszczenie kropki po formule bezwodnej soli, następnie liczby cząsteczek wody dla każdej formuły soli, a na końcu formuły wody (H2O ) .
Poniżej znajduje się przykład reakcji hydratacji z udziałem siarczanu miedzi (II):
Jak zachodzi uwadnianie soli bezwodnych?
Proces hydratacji bezwodnych soli może zachodzić na różne sposoby. Najczęstszym sposobem jest to, że woda cząsteczek krystalizacji staje się częścią struktury krystalicznego ciała stałego podczas procesu tworzenia kryształu z roztworu nasyconego (czyli podczas procesu krystalizacji, stąd jego nazwa).
Z drugiej strony uwodnienie bezwodnych soli może również zachodzić samorzutnie, gdy wspomniane sole są wystawione na działanie wilgotnego powietrza, w którym to przypadku hydrat powstaje przez absorpcję cząsteczek wody bezpośrednio z fazy gazowej.
Cząsteczki wody hydratacyjnej można łatwo odróżnić od cząsteczek wody, które zwilżają lub nawilżają substancję stałą po oddzieleniu jej od roztworu macierzystego przez filtrację lub inną technikę separacji, ponieważ nie odparowują one łatwo. W rzeczywistości kryształy można suszyć przez długi czas w umiarkowanych temperaturach bez odwadniania soli. Wynika to z faktu, że cząsteczki hydratacji są silnie połączone i uwięzione w strukturze krystalicznej ciała stałego (są częścią tej struktury), a do przerwania tego oddziaływania potrzebna jest minimalna energia.
Bibliografia
Carey, F. (2021). Chemia organiczna ( wyd . 9). EDUKACJA MCGRAW HILL.
Fernández, G. (nd-a). Aldehydy i ketony . Chemia Organiczna – Universitatis Chemia. https://www.quimicaorganica.org/aldehidos-y-cetonas.html
Fernandez, G. (SF-b). Nawodnienie alkinu . Chemia Organiczna – Universitatis Chemia. https://www.quimicaorganica.org/alquinos/372-hidratacion-de-alquinos.html
Gutierrez, J. (2010). ZWIĄZKI KARBONILOWE: ALDEHYDY I KETONY I . Uniwersytet La Laguna. https://jgutluis.webs.ull.es/clase29.pdf
Rodrigo, M. (nd). sól bezwodna . Scribd. https://es.scribd.com/document/476198150/bezwodna-sól
