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Agua de cristalización

En química, el agua de cristalización o agua de hidratación son moléculas de agua presentes en el interior de los cristales . El agua se incorpora frecuentemente en la formación...

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En química, el agua de cristalización o agua de hidratación son moléculas de agua presentes en el interior de los cristales . El agua se incorpora frecuentemente en la formación de cristales a partir de soluciones acuosas . [ 1 ] En algunos contextos, el agua de cristalización es la masa total de agua en una sustancia a una temperatura dada y suele estar presente en una proporción definida ( estequiométrica ). Clásicamente, el "agua de cristalización" se refiere al agua que se encuentra en la estructura cristalina de un complejo metálico o una sal , que no está directamente unida al catión metálico .

Durante la cristalización a partir de agua o disolventes que la contienen , muchos compuestos incorporan moléculas de agua en su estructura cristalina. El agua de cristalización generalmente se puede eliminar calentando la muestra, pero a menudo se pierden las propiedades cristalinas.

En comparación con las sales inorgánicas , las proteínas cristalizan con grandes cantidades de agua en su red cristalina. Un contenido de agua del 50 % no es infrecuente en las proteínas.

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 las sales es fundamental para el uso de materiales de cambio de fase en el almacenamiento de energía. [ 2 ]

Posición en la estructura cristalina

Algunos contactos de enlaces de hidrógeno en FeSO 4 · 7H 2 O . Este complejo acuoso de metal cristaliza con agua de hidratación, que interactúa con el sulfato y con los centros [ Fe(H 2 O) 6 ] 2+ .

Una sal con agua de cristalización asociada se conoce como hidrato . La estructura de los hidratos puede ser bastante compleja, debido a la existencia de enlaces de hidrógeno que definen estructuras poliméricas. [ 3 ] [ 4 ] Históricamente, se desconocían las estructuras de muchos hidratos, y el punto en la fórmula de un hidrato se empleaba para especificar la composición sin indicar cómo se une el agua. Según las recomendaciones de la IUPAC, el punto central no se rodea de espacios cuando indica un aducto químico . [ 5 ] Ejemplos:

  • CuSO₄ · 5H₂O – sulfato de cobre( II ) pentahidratado
  • CoCl₂ · 6H₂O – cloruro de cobalto( II ) hexahidratado
  • SnCl 2 · 2H 2 O – cloruro de estaño (II) ( o estannoso) dihidrato

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 CuSO₄ anhidro se comporta de forma idéntica. Por lo tanto , conocer el grado de hidratación solo es importante 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 débil y, por lo tanto , inactivo como catalizador para las reacciones de Friedel-Crafts . Por consiguiente , las muestras de AlCl₃ deben protegerse de la humedad atmosférica para evitar la formación de hidratos.

Estructura del centro polimérico [ Ca(H₂O ) ₆ ] ²⁺ en cloruro de calcio hexahidratado cristalino. Tres ligandos de agua son terminales y tres puente. Se ilustran dos aspectos de los complejos acuosos metálicos: el alto número de coordinación típico del Ca²⁺ y el papel del agua como ligando puente .

Los cristales de sulfato de cobre(II) hidratado consisten en centros [ Cu(H₂O ) ₄ ] ²⁺ unidos a iones SO₄²⁻ . El cobre está rodeado por seis átomos de oxígeno, proporcionados por dos grupos sulfato diferentes y cuatro moléculas de agua. Una quinta molécula de agua se encuentra en otra parte de la estructura, pero no se une directamente al cobre. [6 ] 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 cloruro y una molécula de agua. La segunda molécula de 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 consiguiente, los hidratos son comunes en 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. La sal de Glauber , Na₂SO₄ (H₂O ) ₁₀ , es un sólido cristalino blanco con más del 50 % de agua en peso .

Consideremos el caso del cloruro de níquel(II) hexahidratado. Esta especie tiene la fórmula NiCl₂ (H₂O ) ₆ . El análisis cristalográfico revela que el sólido consta de subunidades [ trans - NiCl₂ (H₂O ) ₄ ] unidas entre sí mediante enlaces de hidrógeno , así como dos moléculas adicionales de H₂O . Por lo tanto , un tercio de las moléculas de agua en el cristal no están directamente unidas al Ni²⁺ , y estas 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 analizar mediante análisis termogravimétrico (ATG), donde la muestra se calienta intensamente y se grafica su peso exacto en función de la temperatura. La cantidad de agua evaporada se divide entre la masa molar del agua para obtener el número de moléculas de agua unidas a la sal.

Otros disolventes de cristalización

El agua es un disolvente particularmente común en los cristales debido a su pequeño tamaño y polaridad. Sin embargo, muchos otros disolventes pueden alojarse en los cristales, conocidos como solvatos . [ 7 ] [ 8 ] El agua es notable por su reactividad, 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 fácilmente disolviendo la muestra en un disolvente deuterado y analizando las señales del disolvente mediante espectroscopia de RMN . La cristalografía de rayos X de monocristal también suele detectar la presencia de estos disolventes de cristalización. Actualmente, existen otros métodos disponibles.

Tabla de agua de cristalización en algunos haluros inorgánicos

En la tabla siguiente se indica el número de moléculas de agua por metal en varias sales. [ 9 ] [ 10 ]

Hidratos de sulfatos metálicos

Los sulfatos de metales de transición forman una variedad de hidratos. Muchos de ellos se encuentran en la naturaleza, siendo el resultado de la meteorización de sulfuros minerales. [ 33 ] [ 34 ] Se conocen muchos monohidratos. [ 35 ]

Hidratos de nitratos metálicos

Los nitratos de metales de transición forman diversos hidratos. El anión nitrato suele unirse al metal, especialmente en las sales con menos de seis ligandos acuosos . Los nitratos son poco comunes en la naturaleza, por lo que aquí se representan pocos minerales. El nitrato ferroso hidratado no ha sido caracterizado cristalográficamente.

Véase también

Referencias

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