Сольваты

Сольва́ты, продукты присоединения растворителя к растворённым веществам. Частный случай сольватов – гидраты (растворитель – вода). Обычно сольваты образуются в растворе, но нередко (при охлаждении раствора, испарении растворителя и др.) могут быть получены в виде кристаллических фаз – кристаллосольватов. Например, из раствора LiCl в метаноле и в жидком NH₃ кристаллизуются соответственно LiCl · 4CH₃ OH и LiCl · 5NH₃ . В структуре кристаллосольватов солей молекулы растворителя обычно группируются вокруг катиона, удерживающего их в результате образования донорно-акцепторной связи. Поэтому многие сольваты можно рассматривать как координационные соединения – сольватокомплексы. Прочность связи катиона с растворителем растёт с увеличением заряда катиона и с уменьшением его радиуса. Часто координационное число катиона одинаково или близко в разных растворителях; например, для LiCl⁺ оно обычно равно 4–5. К кристаллосольватам близки аддукты, например SbCl₅ · NH₂ C₆ H₅ , где связь атома элемента с лигандом также донорно-акцепторная. К сольватам близки также клатраткомплексы (см. в статье Клатраты), обычно существующие в твёрдой фазе, но иногда и в растворе.

Любое растворённое вещество в той или иной степени сольватировано, но говорить об образовании в растворе сольватов определённого состава можно тогда, когда взаимодействие растворённого вещества с молекулами растворителя значительно интенсивнее, чем молекул растворителя друг с другом. Так, ионы d-элементов 3-го периода в растворах часто прочно связаны с 6 молекулами растворителя, образуя сольватокомплексы [ЭL₆ ]ⁿ⁺ (Э – ион элемента, L – лиганд).

Слой молекул растворителя, связанный с центральной частицей сольватов, называется сольватной оболочкой (сферой). Многозарядные ионы могут удерживать молекулы растворителя также и во второй сольватной сфере. Выделяющиеся из растворов кристаллосольваты солей часто имеют состав, отличный от состава сольватов в растворе, т. к. координационные места растворителя в кристаллах занимают анионы или фрагменты анионов, например атомы кислорода оксоанионов. По составу кристаллосольвата, как правило, нельзя судить о составе сольвата в растворе.

Образование сольватов существенно влияет на свойства растворов. Например, ярко-синий раствор хлорида кобальта(II) СоСl₂ в изоамиловом спирте при смешении с водой становится розовым вследствие превращения при действии воды сольватированного иона Со²⁺ , координирующего 4 молекулы изоамилового спирта, в гидратированный ион [Со(Н₂ О)₆ ]²⁺ . О влиянии сольватов на свойства растворов и на сольватацию как причину образования растворов впервые указал Д. И. Менделеев в 1861 г.

Образование сольватов (в частном случае – гидратов) имеет существенное значение во многих промышленных и природных процессах. Вяжущие свойства веществ (цемент, гипс и др.) в основном объясняются образованием кристаллогидратов. При смешивании цемента с льняным маслом (олифа) образуется вяжущий материал, содержащий кристаллосольваты минералов цемента (используют для закрепления стёкол в аквариумах). Кристаллический сольват трифторида бора BF₃ с диэтиловым эфиром – удобное соединения для хранения газообразного BF₃ . Сольваты, как правило, образуются при экстракции и определяют закономерности этого процесса. Сольваты применяют в неорганическом синтезе. Так, в синтезе комплексных соединений часто используют «принудительное» введение в комплекс молекул растворителя – с образованием лабильного интермедиата. Сольваты редкоземельных элементов применяют в жидкостных лазерах.