Água de cristalização - Water of crystallization

Em química, água (s) de cristalização ou água (s) de hidratação são moléculas de água que estão presentes dentro dos cristais . A água é freqüentemente incorporada na formação de cristais a partir de soluções aquosas . Em alguns contextos, a água de cristalização é a massa total de água em uma substância a uma determinada temperatura e está principalmente presente em uma razão ( estequiométrica ) definida . Classicamente, "água de cristalização" refere-se à água que se encontra na estrutura cristalina de um complexo metálico ou de um sal , que não está diretamente ligada ao cátion metálico .

Após a cristalização de água, ou solventes contendo água , muitos compostos incorporam moléculas de água em suas estruturas cristalinas. A água de cristalização geralmente pode ser removida por aquecimento de uma amostra, mas as propriedades cristalinas são freqüentemente perdidas. Por exemplo, no caso do cloreto de sódio , o di-hidrato é instável à temperatura ambiente.

Esfera de coordenação de Na ⁺ no di-hidrato metaestável de cloreto de sódio (vermelho = oxigênio, violeta = Na ⁺ , verde = Cl ^- , átomos de H omitidos).

Em comparação com os sais inorgânicos , as proteínas cristalizam com grandes quantidades de água na estrutura cristalina. Um teor de água de 50% não é incomum para proteínas.

Nomenclatura

Nas fórmulas moleculares, a água de cristalização é indicada de várias maneiras, mas geralmente é vaga. Os termos composto hidratado e hidrato são geralmente definidos vagamente.

Posição na estrutura cristalina

Alguns contatos de ligação de hidrogênio em FeSO ₄ ^. 7H ₂ O. Este complexo aquoso metálico cristaliza com água de hidratação, que interage com o sulfato e com os centros [Fe (H ₂ O) ₆ ] ²⁺ .

Um sal com água de cristalização associada é conhecido como hidrato . A estrutura dos hidratos pode ser bastante elaborada, devido à existência de ligações de hidrogênio que definem as estruturas poliméricas. Historicamente, as estruturas de muitos hidratos eram desconhecidas, e o ponto na fórmula de um hidrato era empregado para especificar a composição sem indicar como a água se ligava. Exemplos:

• CuSO ₄  • 5H ₂ O - sulfato de cobre (II) pentahidratado
• CoCl ₂  • 6H ₂ O - hexa-hidrato de cloreto de cobalto (II)
• SnCl ₂  • 2H ₂ O - cloreto de estanho (II) ( ou estanoso) di-hidratado

Para muitos sais, a ligação exata da água não é importante porque as moléculas de água se tornam instáveis após a dissolução. Por exemplo, uma solução aquosa preparada a partir de CuSO ₄  • 5H ₂ O e CuSO ₄ anidro se comportam _de forma idêntica. Portanto, o conhecimento do grau de hidratação é importante apenas para determinar o peso equivalente : um mol de CuSO ₄  • 5H ₂ O pesa mais do que um mol de CuSO ₄ . Em alguns casos, o grau de hidratação pode ser crítico para as propriedades químicas resultantes. Por exemplo, RhCl ₃ anidro não é solúvel em água e é relativamente inútil em química organometálica, enquanto RhCl ₃  • 3H ₂ O é versátil. Do mesmo modo, se hidratado AlCl ₃ é uma pobre ácido de Lewis e, assim, inactiva como um catalisador para reacções de Friedel-Crafts . As amostras de AlCl ₃ devem, portanto, ser protegidas da umidade atmosférica para evitar a formação de hidratos.

Estrutura do centro polimérico [Ca (H ₂ O) ₆ ] ²⁺ em cloreto de cálcio hexa-hidratado cristalino. Três ligantes de água são terminais, três pontes. Dois aspectos dos aquocomplexos metálicos são ilustrados: o alto número de coordenação típico para Ca ²⁺ e o papel da água como um ligante de ligação .

Os cristais de sulfato de cobre (II) hidratado consistem em centros [Cu (H ₂ O) ₄ ] ²⁺ ligados a íons SO ₄ ²⁻ . O cobre é cercado por seis átomos de oxigênio, fornecidos por dois grupos de sulfato diferentes e quatro moléculas de água. Uma quinta água reside em outra parte da estrutura, mas não se liga diretamente ao cobre. O cloreto de cobalto mencionado acima ocorre como [Co (H ₂ O) ₆ ] ²⁺ e Cl ^- . No cloreto de estanho, cada centro de Sn (II) é piramidal (ângulo O / Cl-Sn-O / Cl médio é de 83 °) sendo ligado a dois íons cloreto e uma água. A segunda água na unidade de fórmula é ligada por hidrogênio ao cloreto e à molécula de água coordenada. Água de cristalização é estabilizada por atrações eletrostáticas, conseqüentemente hidratos são comuns para sais que contêm cátions +2 e +3, bem como ânions -2. Em alguns casos, a maior parte do peso de um composto provém da água. O sal de Glauber , Na ₂ SO ₄ (H ₂ O) ₁₀ , é um sólido cristalino branco com mais de 50% de água por peso.

Considere o caso do hexa-hidrato de cloreto de níquel (II) . Esta espécie possui a fórmula NiCl ₂ (H ₂ O) ₆ . A análise cristalográfica revela que o sólido consiste em subunidades [ trans- NiCl ₂ (H ₂ O) ₄ ] que são ligadas por hidrogênio entre si, bem como duas moléculas adicionais de H ₂ O. Assim, 1/3 das moléculas de água no cristal não estão diretamente ligados ao Ni ²⁺ , e podem ser chamados de "água de cristalização".

Análise

O teor de água da maioria dos compostos pode ser determinado com o conhecimento de sua fórmula. Uma amostra desconhecida pode ser determinada por meio de análise termogravimétrica (TGA), onde a amostra é fortemente aquecida e o peso exato de uma amostra é plotado contra a temperatura. A quantidade de água expelida é então dividida pela massa molar de água para obter o número de moléculas de água ligadas ao sal.

Outros solventes de cristalização

A água é um solvente particularmente comum encontrado nos cristais porque é pequena e polar. Mas todos os solventes podem ser encontrados em alguns cristais hospedeiros. A água é notável porque é reativa, enquanto outros solventes, como o benzeno, são considerados quimicamente inócuos. Ocasionalmente, mais de um solvente é encontrado em um cristal, e freqüentemente a estequiometria é variável, refletida no conceito cristalográfico de "ocupação parcial". É comum e convencional para um químico "secar" uma amostra com uma combinação de vácuo e calor "até peso constante".

Para outros solventes de cristalização, a análise é convenientemente realizada dissolvendo a amostra em um solvente deuterado e analisando a amostra em busca de sinais de solvente por espectroscopia de NMR . A cristalografia de raios-X de cristal único é frequentemente capaz de detectar a presença desses solventes de cristalização também. Outros métodos podem estar disponíveis atualmente.

Tabela de cristalização de água em alguns haletos inorgânicos

Na tabela abaixo estão indicados o número de moléculas de água por metal em vários sais.

Hidratos de sulfatos metálicos

Os sulfatos de metais de transição formam uma variedade de hidratos, cada um dos quais cristaliza em apenas uma forma. O grupo sulfato geralmente se liga ao metal, especialmente para aqueles sais com menos de seis aquoligantes . Os heptahidratos, que frequentemente são os sais mais comuns, cristalizam como monoclínico e nas formas menos comuns ortorrômbicas . Nos heptahidratos, uma água está na rede e as outras seis estão coordenadas com o centro ferroso. Muitos dos sulfatos metálicos ocorrem na natureza, sendo o resultado do intemperismo dos sulfetos minerais. Muitos monohydraes são conhecidos.

Hidratos de nitratos metálicos

Os nitratos de metais de transição formam uma variedade de hidratos. O ânion nitrato freqüentemente se liga ao metal, especialmente para aqueles sais com menos de seis aquoligantes .

Fotos

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  O sulfato de cobre (II) hidratado é azul brilhante.

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  O sulfato de cobre anidro (II) tem um tom turquesa claro.

Veja também

• Hidrato
• Hidratação mineral
• Óxido hidratado

Referências