Agua de cristalización
En química, agua(s) de cristalización o agua(s) de hidratación son moléculas de agua que están presentes en el interior de los cristales. A menudo se incorpora agua en la formación de cristales a partir de soluciones acuosas. En algunos contextos, el agua de cristalización es la masa total de agua en una sustancia a una temperatura determinada y está presente principalmente en una proporción definida (estequiométrica). Clásicamente, "agua de cristalización" se refiere al agua que se encuentra en la estructura cristalina de un complejo metálico o una sal, que no está unida directamente al catión metálico.
Tras la cristalización en agua o disolventes que contienen agua, muchos compuestos incorporan moléculas de agua en sus estructuras cristalinas. El agua de cristalización generalmente se puede eliminar calentando una muestra, pero a menudo se pierden las propiedades cristalinas.
En comparación con las sales inorgánicas, las proteínas cristalizan con grandes cantidades de agua en la red cristalina. En las proteínas no es raro un contenido de agua del 50%.
Aplicaciones
El conocimiento de la hidratación es esencial para calcular las masas de muchos compuestos. La reactividad de muchos sólidos salinos es sensible a la presencia de agua. La hidratación y deshidratación de sales es fundamental para el uso de materiales de cambio de fase para el almacenamiento de energía.
Posición en la estructura cristalina
Una sal con agua de cristalización asociada se conoce como hidrato. La estructura de los hidratos puede ser bastante elaborada debido a la existencia de enlaces de hidrógeno que definen las estructuras poliméricas. Históricamente, se desconocían las estructuras de muchos hidratos y se empleaba el punto en la fórmula de un hidrato para especificar la composición sin indicar cómo se unía el agua. Según las recomendaciones de la IUPAC, el punto central no está rodeado de espacios cuando indica un aducto químico. Ejemplos:
- CuSO4·5H2O – cobre(II) sulfato pentahydrate
- CoCl2·6H2O – cobalto(II) chloride hexahydrate
- SnCl2·2H2O – estaño(II) (o chloride dihydrate
Para muchas sales, el enlace exacto del agua no es importante porque las moléculas de agua se vuelven lábiles al disolverse. Por ejemplo, una solución acuosa preparada a partir de CuSO4·5H2O y el CuSO4 anhidro se comportan de manera idéntica. Por lo tanto, el conocimiento del grado de hidratación es importante sólo para determinar el peso equivalente: un mol de CuSO4·5H2O pesa más que un mol de CuSO4. En algunos casos, el grado de hidratación puede ser crítico para las propiedades químicas resultantes. Por ejemplo, el RhCl3 anhidro no es soluble en agua y es relativamente inútil en química organometálica, mientras que el RhCl3·3H2O es versátil. De manera similar, el AlCl3 hidratado es un ácido de Lewis pobre y, por lo tanto, inactivo como catalizador para las reacciones de Friedel-Crafts.. Por lo tanto, las muestras de AlCl3 deben protegerse de la humedad atmosférica para impedir la formación de hidratos.
Los cristales de sulfato de cobre (II) hidratado consisten en [Cu(H2O)4]2+ centros vinculados a SO2−4 iones. El cobre está rodeado por seis átomos de oxígeno, proporcionados por dos grupos sulfato diferentes y cuatro moléculas de agua. Una quinta agua reside en otra parte de la estructura pero no se une directamente al cobre. El cloruro de cobalto mencionado anteriormente se presenta como [Co(H2O)6]2+ y Cl−. En el cloruro de estaño, cada centro de Sn(II) es piramidal (el ángulo medio O/Cl−Sn−O/Cl es de 83°) y está unido a dos iones de cloruro y uno de agua.. La segunda agua en la unidad de fórmula está unida por enlaces de hidrógeno al cloruro y a la molécula de agua coordinada. El agua de cristalización se estabiliza mediante atracciones electrostáticas, por lo que los hidratos son comunes para las sales que contienen cationes +2 y +3, así como aniones −2. En algunos casos, la mayor parte del peso de un compuesto proviene del agua. Sal de Glauber, Na2SO4(H2O)10, es un sólido cristalino de color blanco con más del 50% de agua en peso.
Considere el caso del cloruro de níquel (II) hexahidratado. Esta especie tiene la fórmula NiCl2(H2O)6. El análisis cristalográfico revela que el sólido está formado por [trans-NiCl2(H2O)4] subunidades que están unidas por enlaces de hidrógeno entre sí, así como dos moléculas adicionales de H2O. Por lo tanto, un tercio de las moléculas de agua en el cristal no están unidas directamente a Ni2+, y podrían denominarse "agua de cristalización".
Análisis
El contenido de agua de la mayoría de los compuestos se puede determinar conociendo su fórmula. Una muestra desconocida se puede determinar mediante análisis termogravimétrico (TGA), donde la muestra se calienta fuertemente y el peso exacto de una muestra se traza frente a la temperatura. La cantidad de agua expulsada se divide luego por la masa molar de agua para obtener el número de moléculas de agua unidas a la sal.
Otros disolventes de cristalización
El agua es un disolvente particularmente común que se encuentra en los cristales porque es pequeño y polar. Pero todos los disolventes se pueden encontrar en algunos cristales anfitriones. El agua es digna de mención porque es reactiva, mientras que otros disolventes como el benceno se consideran químicamente inocuos. Ocasionalmente se encuentra más de un disolvente en un cristal y, a menudo, la estequiometría es variable, lo que se refleja en el concepto cristalográfico de "ocupación parcial". Es común y convencional que un químico "seque" una muestra con una combinación de vacío y calor "hasta peso constante".
Para otros disolventes de cristalización, el análisis se realiza convenientemente disolviendo la muestra en un disolvente deuterado y analizando la muestra en busca de señales de disolvente mediante espectroscopia de RMN. La cristalografía de rayos X de cristal único a menudo también puede detectar la presencia de estos disolventes de cristalización. Es posible que actualmente haya otros métodos disponibles.
Tabla de agua de cristalización en algunos haluros inorgánicos
En la siguiente tabla se indica el número de moléculas de agua por metal en diversas sales.
| Halidos de metal hidratados y sus fórmulas | Esfera de coordinación del metal | Equivalentes de agua de cristalización que no están obligados a M | Observaciones |
|---|---|---|---|
| Cloruro de calcio CaCl2(H2O)6 | [Ca(μ-H2O)6(H2O)3]2+ | ninguno | ejemplo de agua como un ligand ondulado |
| Titanio(III) cloruro TiCl3(H2O)6 | trans-[TiCl]2(H2O)4]+ | dos. | isomorfo con VCl3(H2O)6 |
| Titanio(III) cloruro TiCl3(H2O)6 | [Ti(H)2O)6]3+ | ninguno | isomeric con [TiCl]2(H2O)4]Cl.2H2O |
| Fluoruro de Zirconium(IV) ZrF4(H2O)3 | (μ-F)2[ZrF3(H2O)3]2 | ninguno | caso raro donde Hf y Zr difieren |
| Tetrafluoruro de Hafnium HfF4(H2O)3 | (μ-F)2[HfF2(H2O)2]n(H2O)n | uno | caso raro donde Hf y Zr difieren |
| Vanadium(III) chloride VCl3(H2O)6 | trans-[VCl]2(H2O)4]+ | dos. | |
| Vanadium(III) bromide VBr3(H2O)6 | trans-[VBr2(H2O)4]+ | dos. | |
| Vanadium(III) iodide VI3(H2O)6 | [V(H)2O)6]3+ | ninguno | relativa a Cl− y Br−, I− compite pobremente con agua como ligando para V(III) |
| Nb6Cl14(H2O)8 | [Nb6Cl14(H2O)2] | 4 | |
| Cloruro de cromo(III) CrCl3(H2O)6 | trans-[CrCl]2(H2O)4]+ | dos. | isómero verde oscuro, aka "sal de Bjerrums" |
| Cloruro de cromo(III) CrCl3(H2O)6 | [CrCl(H)2O)5]2+ | uno | isómero verde azul |
| Cloruro de cromo II CrCl2(H2O)4 | trans-[CrCl]2(H2O)4] | ninguno | planar cuadrado / distorsión tetragonal |
| Cloruro de cromo(III) CrCl3(H2O)6 | [Cr(H)2O)6]3+ | ninguno | violeta isómero. isoestructural con compuesto de aluminio |
| Tricloruro de aluminio AlCl3(H2O)6 | [Al(H)2O)6]3+ | ninguno | isoestructural con el compuesto Cr(III) |
| Cloruro de manganeso(II) MnCl2(H2O)6 | trans-[MnCl]2(H2O)4] | dos. | |
| Cloruro de manganeso(II) MnCl2(H2O)4 | cis-[MnCl]2(H2O)4] | ninguno | cis molecular, el isómero trans inestable también ha sido detectado |
| Manganese(II) bromide MnBr2(H2O)4 | cis-[MnBr2(H2O)4] | ninguno | cis, molecular |
| Manganese(II) iodide MnI2(H2O)4 | trans-[MnI2(H2O)4] | ninguno | molecular, isostructural con FeCl2(H2O)4. |
| Cloruro de manganeso(II) MnCl2(H2O)2 | trans-[MnCl]4(H2O)2] | ninguno | polimérico con cloruro saliente |
| Manganese(II) bromide MnBr2(H2O)2 | trans-[MnBr4(H2O)2] | ninguno | polimérico con bromuro de brida |
| Iron(II) chloride FeCl2(H2O)6 | trans-[FeCl]2(H2O)4] | dos. | |
| Iron(II) chloride FeCl2(H2O)4 | trans-[FeCl]2(H2O)4] | ninguno | molecular |
| Iron(II) bromide FeBr2(H2O)4 | trans-[FeBr2(H2O)4] | ninguno | moleculares, hidratantes de FeI2 no se conocen |
| Iron(II) chloride FeCl2(H2O)2 | trans-[FeCl]4(H2O)2] | ninguno | polimérico con cloruro saliente |
| Iron(III) chloride FeCl3(H2O)6 | trans-[FeCl]2(H2O)4]+ | dos. | uno de los cuatro hidratos de cloruro férrico, isostructural con Cr analogue |
| Iron(III) chloride FeCl3(H2O)2.5 | cis-[FeCl]2(H2O)4]+ | dos. | el dihydrate tiene una estructura similar, ambos contienen FeCl−4 iones. |
| Cobalto(II) cloruro CoCl2(H2O)6 | trans-[CoCl]2(H2O)4] | dos. | |
| Cobalto (II) bromuro CoBr2(H2O)6 | trans-[CoBr2(H2O)4] | dos. | |
| Cobalto (II) iodida CoI2(H2O)6 | [Co(H)2O)6]2+ | ninguno | iodide compite mal con el agua |
| Cobalto (II) bromuro CoBr2(H2O)4 | trans-[CoBr2(H2O)4] | ninguno | molecular |
| Cobalto(II) cloruro CoCl2(H2O)4 | cis-[CoCl]2(H2O)4] | ninguno | nota: cis molecular |
| Cobalto(II) cloruro CoCl2(H2O)2 | trans-[CoCl]4(H2O)2] | ninguno | polimérico con cloruro saliente |
| Cobalto(II) cloruro CoBr2(H2O)2 | trans-[CoBr4(H2O)2] | ninguno | polimérico con bromuro de brida |
| Níquel(II) cloruro NiCl2(H2O)6 | trans-[NiCl]2(H2O)4] | dos. | |
| Níquel(II) cloruro NiCl2(H2O)4 | cis-[NiCl]2(H2O)4] | ninguno | nota: cis molecular |
| bromuro de níquel(II) NiBr2(H2O)6 | trans-[NiBr2(H2O)4] | dos. | |
| Nickel(II) iodide NiI2(H2O)6 | [Ni(H)2O)6]2+ | ninguno | iodide compite mal con el agua |
| Níquel(II) cloruro NiCl2(H2O)2 | trans-[NiCl]4(H2O)2] | ninguno | polimérico con cloruro saliente |
| Cloruro de platino (IV) [Pt(H)2O)2Cl4[ ]2O)3 | trans-[PtCl]4(H2O)2] | 3 | octaedral Centros de pt; raro ejemplo de complejo de cloruro-aquo no de primera fila |
| Cloruro de platino (IV) [Pt(H)2O)3Cl3Cl(H)2O)0.5 | Fac-[PtCl]3(H2O)3]+ | 0.5 | octaedral Centros de pt; raro ejemplo de complejo de cloruro-aquo no de primera fila |
| Cobre(II) cloruro CuCl2(H2O)2 | [CuCl]4(H2O)2]2 | ninguno | tetragonalmente distorsionado dos largas distancias Cu-Cl |
| Cobre(II) bromida CuBr2(H2O)4 | [CuBr4(H2O)2]n | dos. | tetragonalmente distorsionado dos largas distancias Cu-Br |
| Zinc(II) chloride ZnCl2(H2O)1.33 | 2 ZnCl2 + ZnCl2(H2O)4 | ninguno | polímero de coordinación con tetraedral y octaedral Centros Zn |
| Zinc(II) chloride ZnCl2(H2O)2.5 | Cl3Zn(μ-Cl)Zn(H2O)5 | ninguno | tetraedral y octaedral Centros Zn |
| Zinc(II) chloride ZnCl2(H2O)3 | [ZnCl]4]2 - 2 + Zn(H)2O)6]2+ | ninguno | tetraedral y octaedral Centros Zn |
| Zinc(II) chloride ZnCl2(H2O)4.5 | [ZnCl]4]2 - 2 [Zn(H)2O)6]2+ | tres | tetraedral y octaedral Centros Zn |
Hidratos de sulfatos metálicos
Los sulfatos de metal de transición forman una variedad de hidratos, cada uno de los cuales cristaliza en una sola forma. El grupo de sulfatos a menudo se une al metal, especialmente para aquellas sales con menos de seis ligandos de aquo. Los heptahidratos, que a menudo son las sales más comunes, cristalizan como monoclínicos y las formas ortomobias menos comunes. En los heptahidratos, un agua está en la celosía y los otros seis están coordinados al centro ferroso. Muchos de los sulfatos metálicos ocurren en la naturaleza, siendo el resultado de la meteorización de sulfuros minerales. Muchos monohidratos son conocidos.
| Formulación de sulfato de metal hidratado | Coordinación esfera del ión de metal | Equivalentes de agua de cristalización que no están obligados a M | nombre mineral | Observaciones |
|---|---|---|---|---|
| MgSO4(H2O) | [Mn(μ-H2O)(μ4,-κ1-SO4)4] | ninguno | kieserite | Ver Mn, Fe, Co, Ni, Zn analogues |
| MgSO4(H2O)4 | [Mg(H)2O)4(κ′′,κ1-SO4)2 | ninguno | sulfato es ligando saliente, 8 miembros Mg2O4S2 anillos | |
| MgSO4(H2O)6 | [Mg(H)2O)6] | ninguno | hexahydrate | motivo común |
| MgSO4(H2O)7 | [Mg(H)2O)6] | uno | epsomite | motivo común |
| TiOSO4(H2O) | [Ti(μ-O)2(H2O)(κ)1-SO4)3] | ninguno | más hidratación da geles | |
| VSO4(H2O)6 | [V(H)2O)6] | ninguno | Adopta el motivo hexahydrite | |
| VOSO4(H2O)5 | [VO(H)2O)4(κκ1-SO4)4] | uno | ||
| Cr(SO4)(H2O)3 | [Cr(H)2O)3(κκ1-SO4) | ninguno | semejanza de Cu(SO)4(H)2O)3 | |
| Cr(SO4)(H2O)5 | [CR(H)2O)4(κκ1-SO4)2] | uno | semejanza de Cu(SO)4(H)2O)5 | |
| Cr2(SO4)3(H2O)18 | [Cr(H)2O)6] | 6 | Uno de varios sulfatos cromo(III) | |
| MnSO4(H2O) | [Mn(μ-H2O)(μ4,-κ1-SO4)4] | ninguno | szmikite | Ve a Fe, Co, Ni, Zn analogues |
| MnSO4(H2O)4 | [Mn(μ-SO4)2(H2O)4] | ninguno | Ilesitepentahydrate se llama jôkokuite; el hexahydrate, el más raro, se llama chvaleticeite | con anillo de 8 miembros Mn2(SO4)2 núcleo básico |
| MnSO4(H2O)5 | ? | jôkokuite | ||
| MnSO4(H2O)6 | ? | Chvaleticeite | ||
| MnSO4(H2O)7 | [Mn(H)2O)6] | uno | mallardite | ver Mg analogue |
| FeSO4(H2O) | [Fe(μ-H2O)(μ4- ¿Qué?1-SO4)4] | ninguno | Ver Mn, Co, Ni, Zn analogues | |
| FeSO4(H2O)7 | [Fe(H)2O)6] | uno | melanterite | ver Mg analogue |
| FeSO4(H2O)4 | [Fe(H)2O)4(κ′′,κ1-SO4)2 | ninguno | sulfato es ligando saliente, 8 miembros Fe2O4S2 anillos | |
| FeII(Fe)III)2(SO4)4(H2O)14 | [FeII(H2O)6]2+[FeIII(H2O)4(κκ1-SO4)2]− 2 | ninguno | sulfatos son ligandos terminales en Fe(III) | |
| CoSO4(H2O) | [Co(μ-H2O)(μ4- ¿Qué?1-SO4)4] | ninguno | Ver Mn, Fe, Ni, Zn analogues | |
| CoSO4(H2O)6 | [Co(H)2O)6] | ninguno | moorhouseite | ver Mg analogue |
| CoSO4(H2O)7 | [Co(H)2O)6] | uno | bieberita | Ve a Fe, Mg analogues |
| NiSO4(H2O) | [Ni(μ-H2O)(μ4- ¿Qué?1-SO4)4] | ninguno | Ver Mn, Fe, Co, Zn analogues | |
| NiSO4(H2O)6 | [Ni(H)2O)6] | ninguno | retgersite | Uno de varios hidratos de sulfato de níquel |
| NiSO4(H2O)7 | [Ni(H)2O)6] | morenosite | ||
| (NH)4)2[Pt]2(SO4)4(H2O)2] | [Pt]2(SO4)4(H2O)2]2- | ninguno | Pt-Pt unido estructura de la linterna china | |
| CuSO4(H2O)5 | [Cu(H)2O)4(κκ1-SO4)2] | uno | chalcantite | Sulfato es ligandiza |
| CuSO4(H2O)7 | [Cu(H)2O)6] | uno | botín | |
| ZnSO4(H2O) | [Zn(μ-H2O)(μ4- ¿Qué?1-SO4)4] | ninguno | Ver Mn, Fe, Co, Ni analogues | |
| ZnSO4(H2O)4 | [Zn(H)2O)4(κ′′,κ1-SO4)2 | ninguno | sulfato es ligando, 8 miembros Zn2O4S2 anillos | |
| ZnSO4(H2O)6 | [Zn(H)2O)6] | ninguno | ver Mg analogue | |
| ZnSO4(H2O)7 | [Zn(H)2O)6] | uno | goslarita | ver Mg analogue |
| CdSO4(H2O) | [Cd(μ-H2O)2(κκ1-SO4)4] | ninguno | ligando de agua saliente |
Hidratos de nitratos metálicos
Los nitratos de metales de transición forman una variedad de hidratos. El anión nitrato a menudo se une al metal, especialmente para aquellas sales con menos de seis ligandos acuosos. Los nitratos son poco comunes en la naturaleza, por lo que aquí se encuentran pocos minerales. El nitrato ferroso hidratado no ha sido caracterizado cristalográficamente.
| Formulación de nitrato de ión de metal hidratado | Coordinación esfera del ión de metal | Equivalentes de agua de cristalización que no están obligados a M | Observaciones |
|---|---|---|---|
| Cr(NO3)3(H2O)9 | [Cr(H)2O)6]3+ | tres | octaedral configuración isoestructural con Fe(NO)3)3(H2O)9 |
| Mn(NO3)2(H2O)4 | cis- [Mn(H)2O)4(κκ1-ONO2)2] | ninguno | configuración octadral |
| Mn(NO3)2(H2O) | [Mn(H)2O)(μ-ONO2)5] | ninguno | configuración octadral |
| Mn(NO3)2(H2O)6 | [Mn(H)2O)6] | ninguno | configuración octadral |
| Fe(NO3)3(H2O)9 | [Fe(H)2O)6]3+ | tres | octaedral configuración isostructural con Cr(NO)3)3(H2O)9 |
| Fe(NO3)3)(H2O)4 | [Fe(H)2O)3(κκ2-O2NO)2]+ | uno | pentagonal bipyramid |
| Fe(NO3)3(H2O)5 | [Fe(H)2O)5(κκ1-ONO2)2+ | ninguno | configuración octadral |
| Fe(NO3)3(H2O)6 | [Fe(H)2O)6]3+ | ninguno | configuración octadral |
| Co(NO3)2(H2O)2 | [Co(H)2O)2(κκ1-ONO2)2] | ninguno | configuración octadral |
| Co(NO3)2(H2O)4 | [Co(H)2O)4(κκ1-ONO2)2 | ninguno | configuración octadral |
| Co(NO3)2(H2O)6 | [Co(H)2O)6]2+ | ninguno | configuración octadral. |
| α-Ni(NO3)2(H2O)4 | cis-[Ni(H)2O)4(κκ1-ONO2)2] | ninguno | configuración octadral. |
| β-Ni(NO3)2(H2O)4 | trans-[Ni(H)2O)4(κκ1-ONO2)2] | ninguno | configuración octadral. |
| Pd(NO3)2(H2O)2 | trans- [Pd(H)2O)2(κκ1-ONO2)2] | ninguno | geometría de la coordinación del plan |
| Cu(NO3)2(H2O) | [Cu(H)2O)(κ)2-ONO2)2] | ninguno | configuración octadral. |
| Cu(NO3)2(H2O)1.5 | incertidumbre incierta | incertidumbre incierta | incertidumbre incierta |
| Cu(NO3)2(H2O)2.5 | [Cu(H)2O)2(κκ1-ONO2)2] | uno | plano cuadrado |
| Cu(NO3)2(H2O)3 | incertidumbre incierta | incertidumbre incierta | incertidumbre incierta |
| Cu(NO3)2(H2O)6 | [Cu(H)2O)6]2+ | ninguno | configuración octadral |
| Zn(NO3)2(H2O)4 | cis- [Zn(H)2O)4(κκ1-ONO2)2] | ninguno | configuración octadral. |
| Hg2(NO3)2(H2O)2 | [HH2O-Hg-Hg-OH2]2+ | lineal |
Fotos
Sulfato de cobre (II) hidratado es azul brillante.
Sulfato de cobre anhydrous(II) tiene un tinte de turquesa ligero.
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