Aigua de cristal·lització

En cristal·lografia, aigua de cristal·lització o aigua d'hidratació és l'aigua que es troba a l'interior dels cristalls. Sovint cal aigua per a la formació dels cristalls.^[1] En alguns contexts, l'aigua de cristal·lització és el pes total de l'aigua en una substància a una temperatura donada i principalment es presenta en una relació definida(estequiometria). De manera clàssica l'"aigua de cristal·lització" es refereix a l'aigua que es troba en la xarxa cristal·lina d'un complex metàl·lic o una sal, la qual no està enllaçada directament a un catió de metall.

El sulfat de coure(II) hidratat és blau brillant.
El sulfat de coure(II) anhidre és incolor.

Per cristal·lització des de l'aigua o solvents humits, molts compostos químics incorporen molècules d'aigua en la seva xarxa cristal·lina. L'aigua de cristal·lització generalment es pot treure per escalfament d'una mostra però les propietats cristal·lines així sovint es perden.

Comparades amb les sals inorgàniques les proteïnes cristal·litzen amb grans quantitats d'aigua en la xarxa del cristall. Un contingut d'aigua del 50% no és rar.

Nomenclatura

En la fórmula molecular la seva aigua de cristal·lització es pot designar de diverses maneres:

"compost hidrós (hydrous compound)⋅nH₂O" o "compost hidrós (hydrous compound)×nH₂O"

Aquesta notació es fa servir quan el compost només conté aigua de xarxa (lattice water) o quan l'estructura del cristal és indeterminada. Per exemple, Clorur de calci: CaCl₂·2H₂O

"Compost hidrós (hydrous compound)(H₂O)_n"

Un hidrat amb aigua coordinada. per exemple, clorur de zinc: ZnCl₂(H₂O)₄

Ambdues notacions es poden combinar com per exemple en el sulfat de coure(II): [Cu(H₂O)₄]SO₄·H₂O

Posició en l'estructura del cristall

Una sal amb aigua associada de cristal·lització es coneix com un hidrat (Hydrate). L'estructura dels hidrats pot ser força elaborada per l'existència d'enllaços d'hidrogen que defineixen estructures polimèriques.^[2] ^[3] Històricament les estructures de molts hidrats eren desconegudes i es feia servir el "*" n la fórmula d'un hidrat per indicar la composició sense indicar com s'enllaça la seva aigua. Exemples:

CuSO₄•5H₂O - sulfat de coure(II) pentahidrat
CoCl₂•6H₂O - clorur de cobalt(II) hexahidratat
SnCl₂•2H₂O - clorur d'estany(II) dihidratat

ls cristall del ja esmentat sulfat de coure(II) hidratat consten de centres [Cu(H₂O)₄]²⁺ enllaçats a ions SO₄²⁻. L'aigua de cristal·litzacó s'estabilitza per atraccions electroestàtiques, com a conseqüència els hidrats són comuns per a sals que contenen cations +2 i +3com també anions −2.

Altres solvents decristal·lització

Tots els solvents es poden trobar en alguns cristalls. Laigua és el més notable perquè és reactiva, mentre altres solvents com el benzè es consideren químicament innocus. De vegades es troben en els cristalls més d'un solvent. En anàlisi química és comú i convencional assecar una mostra combinat el buit i la calor fins a un "pes constant."

Taula de l'aigua de cristal·lització en alguns halurs inorgànics

A la taula de sota s'indiquen el nombre de molècules d'aigua per metall en diverses sals.^[4]^[5]

Fórmula d' halur metàl·lics hidratats	Coordinació esfera del metall	equivalents d'aigua de cristal·lització que no estan enllaçats a M	Observacions
VCl₃(H₂O)₆	trans-[VCl₂(H₂O)₄]⁺	dos
VBr₃(H₂O)₆	trans-[VBr₂(H₂O)₄]⁺	dos	els bromurs i els clorurs són normalment similars
VI₃(H₂O)₆	[V(H₂O)₆]³⁺	cap	el iodur competix poc amb l'aigua
CrCl₃(H₂O)₆	trans-[CrCl₂(H₂O)₄]⁺	dos	isòmer verd fosc
CrCl₃(H₂O)₆	[CrCl(H₂O)₅]²⁺	un	isòmer verd blavós
CrCl₂(H₂O)₄	trans-[CrCl₂(H₂O)₄]	cap	molecular
CrCl₃(H₂O)₆	[Cr(H₂O)₆]³⁺	cap	isòmer viola
MnCl₂(H₂O)₆	trans-[MnCl₂(H₂O)₄]	dos
MnCl₂(H₂O)₄	cis-[MnCl₂(H₂O)₄]	cap	cis molecular
MnBr₂(H₂O)₄	cis-[MnBr₂(H₂O)₄]	cap	cis molecular
MnCl₂(H₂O)₂	trans-[MnCl₄(H₂O)₂]	none	polimèric amb pont de clorur
MnBr₂(H₂O)₂	trans-[MnBr₄(H₂O)₂]	cap	polimèric amb pont de bromur
FeCl₂(H₂O)₆	trans-[FeCl₂(H₂O)₄]	dos
FeCl₂(H₂O)₄	trans-[FeCl₂(H₂O)₄]	cap	molecular
FeBr₂(H₂O)₄	trans-[FeBr₂(H₂O)₄]	cap	molecular
FeCl₂(H₂O)₂	trans-[FeCl₄(H₂O)₂]	cap	polimèric amb pont de clorur
FeCl₃(H₂O)₆	trans-[FeCl₂(H₂O)₄]	dos	únic hidrat de clorur fèrric, isostructural amb l'anàleg de Cr
CoCl₂(H₂O)₆	trans-[CoCl₂(H₂O)₄]	dos
CoBr₂(H₂O)₆	trans-[CoBr₂(H₂O)₄]	dos
CoI₂(H₂O)₆	[Co(H₂O)₆]²⁺	cap^[6]	el iodur competix poc amb l'aigua
CoBr₂(H₂O)₄	trans-[CoBr₂(H₂O)₄]	cap	molecular
CoCl₂(H₂O)₄	cis-[CoCl₂(H₂O)₄]	cap	cis molecular
CoCl₂(H₂O)₂	trans-[CoCl₄(H₂O)₂]	cap	polimèric amb pont de clorur
CoBr₂(H₂O)₂	trans-[CoBr₄(H₂O)₂]	cap	polimèric amb pont de bromur
NiCl₂(H₂O)₆	trans-[NiCl₂(H₂O)₄]	dos
NiCl₂(H₂O)₄	cis-[NiCl₂(H₂O)₄]	cap	cis molecular
NiBr₂(H₂O)₆	trans-[NiBr₂(H₂O)₄]	dos
NiCl₂(H₂O)₂	trans-[NiCl₄(H₂O)₂]	cap	polimèric amb pont de clorur
CuCl₂(H₂O)₂	[CuCl₄(H₂O)₂]₂	cap	distorsionat tetragonalment
CuBr₂(H₂O)₄	[CuBr₄(H₂O)₂]_n	dos	distorsionat tetragonalment

Vegeu també

Referències

↑ Greenwood, Norman N. Butterworth-Heinemann. Chemistry of the Elements (en anglès). 2a, 1997. ISBN 978-0-08-037941-8.
↑ Yonghui Wang et al. "Novel Hydrogen-Bonded Three-Dimensional Networks Encapsulating One-Dimensional Covalent Chains: ..." Inorg. Chem., 2002, 41 (24), pp. 6351–6357. doi:10.1021/ic025915o
↑ Carmen R. Maldonadoa, Miguel Quirós and J.M. Salas: "Formation of 2D water morphologies in the lattice of the salt..." Inorganic Chemistry Communications Volume 13, Issue 3, March 2010, p. 399–403; doi:10.1016/j.inoche.2009.12.033
↑ K. Waizumi, H. Masuda, H. Ohtaki, "X-ray structural studies of FeBr₂4H₂O, CoBr₂4H₂O, NiCl₂ 4H₂O, and CuBr₂4H₂O. cis/trans Selectivity in transition metal(I1) dihalide Tetrahydrate" Inorganica Chimica Acta, 1992 volume 192, pages 173–181.
↑ B. Morosin "An X-ray diffraction study on nickel(II) chloride dihydrate" Acta Cryst. 1967. volume 23, pp. 630-634. doi:10.1107/S0365110X67003305
↑ "Structure Cristalline et Expansion Thermique de L'Iodure de Nickel Hexahydrate" (Crystal structure and thermal expansion of nickel(II) iodide hexahydrate) Louër, Michele; Grandjean, Daniel; Weigel, Dominique Journal of Solid State Chemistry (1973), 7(2), 222-8. doi: 10.1016/0022-4596(73)90157-6

[1] Greenwood, Norman N. Butterworth-Heinemann. Chemistry of the Elements (en anglès). 2a, 1997. ISBN 978-0-08-037941-8.

[2] Yonghui Wang et al. "Novel Hydrogen-Bonded Three-Dimensional Networks Encapsulating One-Dimensional Covalent Chains: ..." Inorg. Chem., 2002, 41 (24), pp. 6351–6357. doi:10.1021/ic025915o

[3] Carmen R. Maldonadoa, Miguel Quirós and J.M. Salas: "Formation of 2D water morphologies in the lattice of the salt..." Inorganic Chemistry Communications Volume 13, Issue 3, March 2010, p. 399–403; doi:10.1016/j.inoche.2009.12.033

[4] K. Waizumi, H. Masuda, H. Ohtaki, "X-ray structural studies of FeBr₂4H₂O, CoBr₂4H₂O, NiCl₂ 4H₂O, and CuBr₂4H₂O. cis/trans Selectivity in transition metal(I1) dihalide Tetrahydrate" Inorganica Chimica Acta, 1992 volume 192, pages 173–181.

[5] B. Morosin "An X-ray diffraction study on nickel(II) chloride dihydrate" Acta Cryst. 1967. volume 23, pp. 630-634. doi:10.1107/S0365110X67003305

[Lou-6] "Structure Cristalline et Expansion Thermique de L'Iodure de Nickel Hexahydrate" (Crystal structure and thermal expansion of nickel(II) iodide hexahydrate) Louër, Michele; Grandjean, Daniel; Weigel, Dominique Journal of Solid State Chemistry (1973), 7(2), 222-8. doi: 10.1016/0022-4596(73)90157-6

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]