В химии гидратом называют вещество, содержащее воду или входящие в ее состав элементы. Химическое состояние воды широко варьируется в зависимости от класса гидратов, некоторые из которых были помечены таким образом до того, как была понята их химическая структура.
Гидраты — это неорганические соли, «содержащие молекулы воды, объединенные в определенном соотношении как неотъемлемая часть кристалла » [ 1] , которые либо связаны с металлическим центром, либо закристаллизовались с металлокомплексом. Говорят также, что такие гидраты содержат кристаллизационную воду или гидратную воду . Если вода представляет собой тяжелую воду , в которой составляющим водородом является изотоп дейтерий , то вместо термина « гидрат » можно использовать термин « дейтерат» . [2] [3]
Ярким примером является хлорид кобальта(II) , который при гидратации меняет цвет с синего на красный и поэтому может использоваться в качестве индикатора воды.
Обозначение « гидратированное соединение ⋅ n H 2 O », где n — количество молекул воды на формульную единицу соли, обычно используется, чтобы показать, что соль гидратирована. Обычно n представляет собой небольшое целое число , хотя возможны и дробные значения . Например, в моногидрате n = 1, а в гексагидрате n = 6. Числовые префиксы преимущественно греческого происхождения: [4]
Гидрат, потерявший воду, называется ангидридом ; оставшуюся воду, если она есть, можно удалить только при очень сильном нагревании. Вещество, не содержащее воды, называется безводным . Некоторые безводные соединения настолько легко гидратируются, что их называют гигроскопичными и используют в качестве осушающих агентов или осушителей .
В органической химии гидрат — это соединение, образующееся в результате гидратации, то есть «присоединения воды или элементов воды (т. е. H и OH) к молекулярному соединению». [5] Например: этанол, CH 3 -CH 2 -OH, является продуктом реакции гидратации этилена , CH 2 = CH 2 , образующегося при присоединении H к одному C и OH к другому C, и так можно рассматривать как гидрат этена. Молекулу воды можно удалить, например, под действием серной кислоты . Другим примером является хлоралгидрат CCl 3 −CH (OH) 2 , который может быть образован реакцией воды с хлоралем CCl 3 −CH =O .
Многие органические молекулы, а также неорганические молекулы образуют кристаллы, которые включают воду в кристаллическую структуру без химического изменения органической молекулы ( кристаллизационная вода ). Например, сахарная трегалоза существует как в безводной форме ( температура плавления 203 °C), так и в виде дигидрата (температура плавления 97 °C). Кристаллы белка обычно содержат до 50% воды.
Молекулы также называют гидратами по историческим причинам, не описанным выше. Глюкоза , C 6 H 12 O 6 , первоначально считалась C 6 (H 2 O) 6 и описывалась как углевод .
Образование гидратов характерно для активных ингредиентов . Многие производственные процессы дают возможность образовываться гидратам, и состояние гидратации может меняться в зависимости от влажности окружающей среды и времени. Состояние гидратации активного фармацевтического ингредиента может существенно влиять на растворимость и скорость растворения и, следовательно, на его биодоступность . [6]
Клатратные гидраты (также известные как газовые гидраты, газовые клатраты и т. д.) представляют собой водяной лед, внутри которого заключены молекулы газа; они представляют собой форму клатрата . Важным примером является гидрат метана (также известный как гидрат газа, клатрат метана и т. д.).
Неполярные молекулы, такие как метан, могут образовывать клатратные гидраты с водой, особенно под высоким давлением. Хотя между водой и молекулами гостя нет водородной связи , когда молекулой гостя клатрата является метан, водородная связь «гость-хозяин» часто образуется, когда гостем является более крупная органическая молекула, такая как тетрагидрофуран . В таких случаях водородные связи гость-хозяин приводят к образованию дефектов Бьеррума L-типа в клатратной решетке. [7] [8]
Стабильность гидратов обычно определяется природой соединений, их температурой и относительной влажностью (если они подвергаются воздействию воздуха).