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.
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
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.
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.
Fórmula de haletos metálicos hidratados |
Esfera de coordenação do metal |
Equivalentes de água de cristalização que não estão ligados a M |
Observações |
---|---|---|---|
CaCl 2 (H 2 O) 6 | [Ca (μ-H 2 O) 6 (H 2 O) 3 ] 2+ | Nenhum | exemplo de água como um ligante de ponte |
TiCl 3 (H 2 O) 6 | trans - [TiCl 2 (H 2 O) 4 ] + | dois | isomorfo com VCl 3 (H 2 O) 6 |
VCl 3 (H 2 O) 6 | trans - [VCl 2 (H 2 O) 4 ] + | dois | |
VBr 3 (H 2 O) 6 | trans - [VBr 2 (H 2 O) 4 ] + | dois | |
VI 3 (H 2 O) 6 | [V (H 2 O) 6 ] 3+ | Nenhum | em relação a Cl - e Br - , I - compete mal com a água como um ligante para V (III) |
Nb 6 Cl 14 (H 2 O) 8 | [Nb 6 Cl 14 (H 2 O) 2 ] | quatro | |
CrCl 3 (H 2 O) 6 | trans - [CrCl 2 (H 2 O) 4 ] + | dois | isômero verde escuro, também conhecido como "sal de Bjerrums" |
CrCl 3 (H 2 O) 6 | [CrCl (H 2 O) 5 ] 2+ | 1 | isômero azul esverdeado |
CrCl 2 (H 2 O) 4 | trans - [CrCl 2 (H 2 O) 4 ] | Nenhum | distorção quadrada plana / tetragonal |
CrCl 3 (H 2 O) 6 | [Cr (H 2 O) 6 ] 3+ | Nenhum | isômero violeta. isoestrutural com composto de alumínio |
AlCl 3 (H 2 O) 6 | [Al (H 2 O) 6 ] 3+ | Nenhum | isoestrutural com o composto Cr (III) |
MnCl 2 (H 2 O) 6 | trans - [MnCl 2 (H 2 O) 4 ] | dois | |
MnCl 2 (H 2 O) 4 | cis - [MnCl 2 (H 2 O) 4 ] | Nenhum | cis molecular, o isômero trans instável também foi detectado |
MnBr 2 (H 2 O) 4 | cis - [MnBr 2 (H 2 O) 4 ] | Nenhum | cis, molecular |
MnCl 2 (H 2 O) 2 | trans - [MnCl 4 (H 2 O) 2 ] | Nenhum | polimérico com cloreto de ponte |
MnBr 2 (H 2 O) 2 | trans - [MnBr 4 (H 2 O) 2 ] | Nenhum | polimérico com brometo de ponte |
FeCl 2 (H 2 O) 6 | trans - [FeCl 2 (H 2 O) 4 ] | dois | |
FeCl 2 (H 2 O) 4 | trans - [FeCl 2 (H 2 O) 4 ] | Nenhum | molecular |
FeBr 2 (H 2 O) 4 | trans - [FeBr 2 (H 2 O) 4 ] | Nenhum | molecular |
FeCl 2 (H 2 O) 2 | trans - [FeCl 4 (H 2 O) 2 ] | Nenhum | polimérico com cloreto de ponte |
FeCl 3 (H 2 O) 6 | trans - [FeCl 2 (H 2 O) 4 ] + | dois | um dos quatro hidratos de cloreto férrico , isoestrutural com análogo de Cr |
FeCl 3 (H 2 O) 2,5 | cis - [FeCl 2 (H 2 O) 4 ] + | dois | o diidrato tem uma estrutura semelhante, ambos contêm ânions FeCl 4 - . |
CoCl 2 (H 2 O) 6 | trans - [CoCl 2 (H 2 O) 4 ] | dois | |
CoBr 2 (H 2 O) 6 | trans - [CoBr 2 (H 2 O) 4 ] | dois | |
CoI 2 (H 2 O) 6 | [Co (H 2 O) 6 ] 2+ | Nenhum | iodeto compete mal com água |
CoBr 2 (H 2 O) 4 | trans - [CoBr 2 (H 2 O) 4 ] | Nenhum | molecular |
CoCl 2 (H 2 O) 4 | cis - [CoCl 2 (H 2 O) 4 ] | Nenhum | nota: cis molecular |
CoCl 2 (H 2 O) 2 | trans - [CoCl 4 (H 2 O) 2 ] | Nenhum | polimérico com cloreto de ponte |
CoBr 2 (H 2 O) 2 | trans - [CoBr 4 (H 2 O) 2 ] | Nenhum | polimérico com brometo de ponte |
NiCl 2 (H 2 O) 6 | trans - [NiCl 2 (H 2 O) 4 ] | dois | |
NiCl 2 (H 2 O) 4 | cis - [NiCl 2 (H 2 O) 4 ] | Nenhum | nota: cis molecular |
NiBr 2 (H 2 O) 6 | trans - [NiBr 2 (H 2 O) 4 ] | dois | |
NiI 2 (H 2 O) 6 | [Ni (H 2 O) 6 ] 2+ | Nenhum | iodeto compete mal com água |
NiCl 2 (H 2 O) 2 | trans - [NiCl 4 (H 2 O) 2 ] | Nenhum | polimérico com cloreto de ponte |
CuCl 2 (H 2 O) 2 | [CuCl 4 (H 2 O) 2 ] 2 | Nenhum | distorcida tetragonalmente duas longas distâncias Cu-Cl |
CuBr 2 (H 2 O) 4 | [CuBr 4 (H 2 O) 2 ] n | dois | distorcida tetragonalmente duas distâncias Cu-Br longas |
ZnCl 2 (H 2 O) 1,33 | 2 ZnCl 2 + ZnCl 2 (H 2 O) 4 | Nenhum | polímero de coordenação com centros Zn tetraédricos e octaédricos |
ZnCl 2 (H 2 O) 2,5 | Cl 3 Zn (μ-Cl) Zn (H 2 O) 5 | Nenhum | Centros Zn tetraédricos e octaédricos |
ZnCl 2 (H 2 O) 3 | [ZnCl 4 ] 2- + Zn (H 2 O) 6 ] 2+ | Nenhum | Centros Zn tetraédricos e octaédricos |
ZnCl 2 (H 2 O) 4,5 | [ZnCl 4 ] 2- + [Zn (H 2 O) 6 ] 2+ | três | Centros Zn tetraédricos e octaédricos |
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.
Fórmula de sulfato de íon metálico hidratado |
Esfera de coordenação do íon metálico |
Equivalentes de água de cristalização que não estão ligados a M |
nome do mineral | Observações |
---|---|---|---|---|
MgSO 4 (H 2 O) 4 | [Mg (H 2 O) 4 (κ ', κ 1 -SO 4 )] 2 | Nenhum | sulfato é ligante de ponte, anéis de Mg 2 O 4 S 2 com 8 membros | |
MgSO 4 (H 2 O) 6 | [Mg (H 2 O) 6 ] | Nenhum | hexahidrita | motivo comum |
MgSO 4 (H 2 O) 7 | [Mg (H 2 O) 6 ] | 1 | Epsomita | motivo comum |
TiOSO 4 (H 2 O) | [Ti (μ-O) 2 (H 2 O) (κ 1 -SO 4 ) 3 ] | Nenhum | mais hidratação dá géis | |
VSO 4 (H 2 O) 6 | [V (H 2 O) 6 ] | Nenhum | Adota o motivo hexahidrita | |
VOSO 4 (H 2 O) 5 | [VO (H 2 O) 4 (κ 1 -SO 4 ) 4 ] | 1 | ||
Cr 2 (SO 4 ) 3 (H 2 O) 18 | [Cr (H 2 O) 6 ] | seis | Um dos vários sulfatos de cromo (III) | |
MnSO 4 (H 2 O) | [Mn (μ-H 2 O) 2 (κ 1 -SO 4 ) 4 ] | Nenhum | O mais comum de vários sulfatos de manganês (II) hidratado | |
MnSO 4 (H 2 O) 7 | [Mn (H 2 O) 6 ] | 1 | mallardite | ver análogo de Mg |
FeSO 4 (H 2 O) 7 | [Fe (H 2 O) 6 ] | 1 | melanterita | ver análogo de Mg |
FeSO 4 (H 2 O) 4 | [Fe (H 2 O) 4 (κ ', κ 1 -SO 4 )] 2 | Nenhum | sulfato é ligante de ponte, anéis Fe 2 O 4 S 2 de 8 membros | |
Fe II (Fe III ) 2 (SO 4 ) 4 (H 2 O) 14 ]] | [Fe II (H 2 O) 6 ] 2+ [Fe III (H 2 O) 4 (κ 1 -SO 4 ) 2 ] - 2 | Nenhum | sulfatos são ligantes terminais em Fe (III) | |
CoSO 4 (H 2 O) 7 | [Co (H 2 O) 6 ] | 1 | ver análogo de Mg | |
CoSO 4 (H 2 O) 6 | [Co (H 2 O) 6 ] | Nenhum | morehouseite | ver análogo de Mg |
CoSO 4 (H 2 O) 7 | [Co (H 2 O) 6 ] | 1 | bieberita | ver analógico Fe |
NiSO 4 (H 2 O) 6 | [Ni (H 2 O) 6 ] | Nenhum | retgersite | Um dos vários hidratos de sulfato de níquel |
NiSO 4 (H 2 O) 7 | [Ni (H 2 O) 6 ] | morenosita | ||
CuSO 4 (H 2 O) 5 | [Cu (H 2 O) 4 (κ 1 -SO 4 ) 2 ] | 1 | calcantita | sulfato é ligante de ligação |
CuSO 4 (H 2 O) 7 | [Cu (H 2 O) 6 ] | 1 | estande | |
ZnSO 4 (H 2 O) 4 | [Zn (H 2 O) 4 (κ ', κ 1 -SO 4 )] 2 | Nenhum | sulfato é ligante de ponte, anéis Zn 2 O 4 S 2 de 8 membros | |
ZnSO 4 (H 2 O) 6 | [Zn (H 2 O) 6 ] | Nenhum | ver análogo de Mg | |
ZnSO 4 (H 2 O) 7 | [Zn (H 2 O) 6 ] | um | goslarite | ver análogo de Mg | |
CdSO 4 (H 2 O) | [Cd (μ-H 2 O) 2 (κ 1 -SO 4 ) 4 ] | Nenhum | bridging água ligando |
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 .
Fórmula de nitrato de íon metálico hidratado |
Esfera de coordenação do íon metálico |
Equivalentes de água de cristalização que não estão ligados a M |
Observações |
---|---|---|---|
Cr (NO 3 ) 3 (H 2 O) 6 | [Cr (H 2 O) 6 ] ( 3+ | três | configuração octaédrica isoestrutural com Fe (NO 3 ) 3 (H 2 O) 9 |
Mn (NO 3 ) 2 (H 2 O) 4 | cis - [Mn (H 2 O) 4 (κ 1 -ONO 2 ) 2 ] | Nenhum | configuração octaédrica |
Mn (NO 3 ) 2 (H 2 O) | [Mn (H 2 O) (μ-ONO 2 ) 5 ] | Nenhum | configuração octaédrica |
Fe (NO 3 ) 3 (H 2 O) 9 | [Fe (H 2 O) 6 ] 3+ | três | configuração octaédrica isoestrutural com Cr (NO 3 ) 3 (H 2 O) 9 |
Fe (NO 3 ) 3 ) (H 2 O) 4 | [Fe (H 2 O) 3 (κ 2 -O 2 NO) 2 ] + | 1 | bipirâmide pentagonal |
Fe (NO 3 ) 3 (H 2 O) 5 | [Fe (H 2 O) 5 (κ 1 -ONO 2 )] 2+ | Nenhum | configuração octaédrica |
Fe (NO 3 ) 3 (H 2 O) 6 | [Fe (H 2 O) 6 ] 3+ | Nenhum | configuração octaédrica |
Co (NO 3 ) 2 (H 2 O) 2 | [Co (H 2 O) 2 (κ 1 -ONO 2 ) 2 ] | Nenhum | configuração octaédrica |
Co (NO 3 ) 2 (H 2 O) 4 | [Co (H 2 O) 4 (κ 1 -ONO 2 ) 2 | Nenhum | configuração octaédrica |
Co (NO 3 ) 2 (H 2 O) 6 | [Co (H 2 O) 6 ] 2+ | Nenhum | configuração octaédrica . |
α- Ni (NO 3 ) 2 (H 2 O) 4 | cis - [Ni (H 2 O) 4 (κ 1 -ONO 2 ) 2 ] | Nenhum | configuração octaédrica . |
β- Ni (NO 3 ) 2 (H 2 O) 4 | trans - [Ni (H 2 O) 4 (κ 1 -ONO 2 ) 2 ] | Nenhum | configuração octaédrica . |
Cu (NO 3 ) 2 (H 2 O) | [Cu (H 2 O) (κ 2 -ONO 2 ) 2 ] | Nenhum | configuração octaédrica . |
Cu (NO 3 ) 2 (H 2 O) 1,5 | incerto | incerto | incerto |
Cu (NO 3 ) 2 (H 2 O) 2,5 | [Cu (H 2 O) 2 (κ 1 -ONO 2 ) 2 ] | 1 | planar quadrado |
Cu (NO 3 ) 2 (H 2 O) 3 | incerto | incerto | incerto |
Cu (NO 3 ) 2 (H 2 O) 6 | [Cu (H 2 O) 6 ] 2+ | Nenhum | configuração octaédrica |
Zn (NO 3 ) 2 (H 2 O) 4 | cis - [Zn (H 2 O) 4 (κ 1 -ONO 2 ) 2 ] | Nenhum | configuração octaédrica . |
Fotos
O sulfato de cobre (II) hidratado é azul brilhante.