Войти
В химии кристаллизационная вода или вода (и) гидратации - это молекулы воды , которые присутствуют внутри [кристаллов]. Вода часто участвует в образовании кристаллов из водных растворов. В некоторых случаях вода кристаллизации представляет собой общую массу воды в веществе при данной температуре и в основном присутствует в определенном (стехиометрическом ) соотношении. Классически «кристаллизационная вода» относится к воде, которая находится в кристаллическом каркасе комплекса металлического комплекса или соли, которая не является непосредственно связанные с катионом металла .
После кристаллизации из воды или влажных растворителей многие соединения включают молекулы воды в свои кристаллические структуры. Кристаллизационную воду обычно можно удалить путем нагревания образца, но кристаллические свойства часто теряются. Например, в случае хлорида натрия дигидрат нестабилен при комнатной температуре.
Координационная сфера Na в метастабильном дигидрате хлорида натрия (красный = кислород, фиолетовый = Na, зеленый = Cl, атомы H опущены). По сравнению с неорганическими солями, белками кристаллизоваться с большим количеством воды в кристаллической решетке. Содержание воды в 50% не является редкостью для белков.
В молекулярных формулах кристаллизационная вода указывается по-разному, но часто нечетко. Термины "гидратированное соединение" и "гидрат" обычно нечетко определены.
Некоторые водородные связи в FeSO 47H2O. Этот водный комплекс металла кристаллизуется с гидратной водой, которая взаимодействует с сульфатом и с центрами [Fe (H 2O)6]. A соль с связанной кристаллизационной водой известна как гидрат. Структура гидратов может быть довольно сложной из-за наличия водородных связей, определяющих полимерные структуры. Исторически структуры многих гидратов были неизвестны, а точка в формуле гидрата использовалась для указания состава без указания того, как вода связана. Примеры:
Для многих солей точное связывание воды не имеет значения, поскольку молекулы воды лабилизируются при растворении. Например, водный раствор, приготовленный из CuSO 4 • 5H 2 O и безводной Cu SO 4 ведут себя идентично. Следовательно, знание степени гидратации важно только для определения эквивалентной массы : один моль CuSO 4 • 5H 2 O весит более одного моля CuSO 4. В некоторых случаях степень гидратации может иметь решающее значение для получаемых химических свойств. Например, безводный RhCl 3 не растворим в воде и относительно бесполезен в металлоорганической химии, тогда как RhCl 3 • 3H 2 O универсален. Точно так же гидратированный AlCl 3 является слабой кислотой Льюиса и, таким образом, неактивен в качестве катализатора реакций Фриделя-Крафтса. Следовательно, образцы AlCl 3 должны быть защищены от атмосферной влаги, чтобы предотвратить образование гидратов.
Структура полимерного центра [Ca (H 2O)6] в кристаллическом гексагидрате хлорида кальция. Три водных лиганда являются концевыми, три мостиковых. Проиллюстрированы два аспекта аквокомплексов металлов: высокое координационное число, типичное для Ca, и роль воды в качестве мостикового лиганда .Кристаллы гидратированного сульфата меди (II) состоят из центров [Cu (H 2O)4], связанных с ионами SO 4. Медь окружена шестью атомами кислорода, обеспечиваемый двумя различными сульфатными группами и четырьмя молекулами воды. Пятая вода находится в другом месте каркаса, но не связывается напрямую с медью. Вышеупомянутый хлорид кобальта встречается в виде [Co (H 2O)6] и Cl. В хлориде олова, каждый центр Sn (II) является пирамидальным (средний угол O / Cl-Sn-O / Cl составляет 83 °) и связан с двумя ионами хлорида и одной водой. Вторая вода в формульной единице связана водородными связями с хлоридом и к скоординированной молекуле воды.Кристаллизационная вода стабилизируется электростатическим притяжением, следовательно, гидраты являются обычными f или соли, содержащие катионы +2 и +3, а также анионы -2. В некоторых случаях большая часть веса соединения приходится на воду. Глауберова соль, Na 2SO4(H2O)10, представляет собой белое кристаллическое твердое вещество с содержанием воды более 50% по весу.
Рассмотрим случай хлорида никеля (II) гексагидрата. Этот вид имеет формулу NiCl 2(H2O)6. Кристаллографический анализ показывает, что твердое вещество состоит из субъединиц [транс-NiCl 2(H2O)4], которые связаны водородными связями друг с другом, а также двух дополнительных молекул H 2 O. Таким образом, 1/3 молекул воды в кристалле не связана напрямую с Ni, и их можно назвать «кристаллизационной водой».
Содержание воды в большинстве соединений можно определить, зная его формулу. Неизвестный образец может быть определен с помощью термогравиметрического анализа (TGA), когда образец сильно нагревается, а точный вес образца наносится на график зависимости от температуры. Затем количество удаленной воды делится на молярную массу воды, чтобы получить количество молекул воды, связанных с солью.
Вода является особенно распространенным растворителем, который можно найти в кристаллах, потому что он маленький и полярный. Но все растворители можно найти в некоторых кристаллах-хозяевах. Вода заслуживает внимания, потому что она реактивна, тогда как другие растворители, такие как бензол, считаются химически безвредными. Иногда в кристалле обнаруживается более одного растворителя, и часто стехиометрия варьируется, что отражается в кристаллографической концепции «частичного заполнения». Химик обычно «сушит» образец в сочетании с вакуумом и нагреванием «до постоянного веса».
Для других растворителей кристаллизации анализ удобно выполнять путем растворения образца в дейтерированном растворителе и анализа образца на наличие сигналов растворителя с помощью ЯМР-спектроскопии. Рентгеновская кристаллография монокристаллов также часто позволяет обнаружить присутствие этих растворителей кристаллизации. В настоящее время могут быть доступны другие методы.
В таблице ниже указано количество молекул воды на металл в различных солях.
| Формула. гидратированных галогенидов металлов | Координационная. сфера металла | Эквиваленты кристаллизационной воды., не связанные с M | Примечания |
|---|---|---|---|
| CaCl 2(H2O)6 | [Ca ( μ-H 2O)6(H2O)3] | нет | Случай воды в качестве мостикового лиганда |
| VCl 3(H2O)6 | транс- [VCl 2(H2O)4] | два | |
| VBr 3(H2O)6 | транс- [VBr 2(H2O)4] | два | бромиды и хлориды обычно аналогичны |
| VI3(H2O)6 | [V(H2O)6] | нет | иодид плохо конкурирует с водой |
| CrCl 3(H2O)6 | транс- [CrCl 2(H2O)4] | два | темно-зеленый изомер, также известный как «соль Бьеррума» |
| CrCl3(H2O)6 | [CrCl(H2O)5] | он | сине-зеленый изомер |
| CrCl 2(H2O)4 | транс- [CrCl 2(H2O)4] | нет | квадратное плоское / тетрагональное искажение |
| CrCl 3(H2O)6 | [Cr (H 2O)6] | нет | |
| AlCl 3(H2O)6 | [Al (H 2O)6] | нет | изоструктурен соединению Cr (III) |
| MnCl2(H2O)6 | транс- [MnCl2(H2O)4] | , два | |
| MnCl2(H2O)4 | цис- [MnCl2(H2O)4] | нет | цис-молекулярный, также был обнаружен нестабильный транс-изомер |
| MnBr 2(H2O)4 | цис- [MnBr 2(H2O)4] | нет | цис, молекулярный |
| MnCl 2(H2O)2 | транс- [MnCl 4(H2O)2] | нет | полимерный с мостиковым хлоридом |
| MnBr2(H2O)2 | транс- [MnBr4(H2O)2] | нет | полимерный с мостиковым бромидом |
| FeCl 2(H2O)6 | транс- [FeCl 2(H2O)4] | два | |
| FeCl 2(H2O)4 | транс- [FeCl 2(H2O)4] | нет | молекулярный |
| FeBr2(H2O)4 | транс- [FeBr2(H2O)4] | нет | молекулярный |
| FeCl 2(H2O)2 | транс- [FeCl 4(H2O)2] | нет | полимер с мостиковым хлоридом |
| FeCl3(H2O)6 | транс- [FeCl2(H2O)4] | два | один из четырех гидратов хлорида железа, изоструктурный аналогу Cr |
| FeCl3(H2O)2,5 | cis-[FeCl2(H2O)4] | two | дигидрат имеет аналогичную структуру, оба содержат анионы FeCl 4. |
| CoCl 2(H2O)6 | транс- [CoCl 2(H2O)4] | два | |
| CoBr 2(H2O)6 | транс- [CoBr 2(H2O)4] | два | |
| CoI 2(H2O)6 | [Co (H 2O)6] | нет | иодид плохо конкурирует с водой |
| CoBr2(H2O)4 | транс- [CoBr2(H2O)4] | нет | молекулярный |
| CoCl2(H2O)4 | цис- [CoCl2(H2O)4] | нет | примечание: цис-молекулярный |
| CoCl 2(H2O)2 | транс- [CoCl 4(H2O)2] | нет | полимерный с мостиковым хлоридом |
| CoBr2(H2O)2 | транс- [CoBr4(H2O)2] | none | полимерный с мостиковым бромидом |
| NiCl 2(H2O)6 | транс- [NiCl 2(H2O)4] | два | |
| NiCl 2(H2O)4 | цис- [NiCl 2(H2O)4] | нет | примечание: цис-молекулярный |
| NiBr 2(H2O)6 | транс- [NiBr 2(H2O)4] | два | |
| NiI 2(H2O)6 | [Ni (H 2O)6] | нет | иодид плохо конкурирует с водой |
| NiCl2(H2O)2 | транс- [NiCl4(H2O)2] | none | полимер с мостиковым хлоридом |
| CuCl 2(H2O)2 | [CuCl 4(H2O)2]2 | нет | тетрагонально искаженный. два длинных расстояния Cu-Cl |
| CuBr2(H2O)4 | [CuBr4(H2O)2]n | два | тетрагонально искаженный. два длинных расстояния Cu-Br |
Сульфаты переходных металлов образуют множество гидратов, каждый из которых кристаллизуется только в одной форме. Сульфатная группа часто связывается с металлом, особенно для солей, содержащих менее шести акволигандов. Гептагидраты, которые часто являются наиболее распространенными солями, кристаллизуются в моноклинных и менее распространенных орторомбических формах. В гептагидратах одна вода находится в решетке, а остальные шесть координируются с центром железа. Многие сульфаты металлов встречаются в природе и являются результатом выветривания минеральных сульфидов.
| Формула. гидратированного сульфата иона металла | Координационная. сфера иона металла | Эквиваленты кристаллизационной воды., которые не связаны с M | название минерала | Примечания |
|---|---|---|---|---|
| MgSO 4(H2O)6 | [Mg (H 2O)6] | нет | гексагидрит | общий мотив |
| MgSO 4(H2O)7 | [Mg (H 2O)6] | один | эпсомит | общий мотив |
| TiOSO 4(H2O) | [Ti ( μ-O) 2(H2O) (κ-SO 4)3] | нет | дальнейшая гидратация дает гели | |
| VSO 4(H2O)6 | [V (H 2O)6] | нет | Принимает мотив гексагидрита | |
| VOSO 4(H2O)5 | [VO (H 2O)4(κ-SO 4)4] | один | ||
| Cr2) (SO 4)3(H2O)18 | [Cr (H 2O)6] | шесть | ) Один из нескольких сульфатов хрома (III) | |
| MnSO 4(H2O) | [Mn (μ-H 2O)2(κ-SO 4)4] | нет | ) Наиболее распространенный из нескольких гидратированных сульфатов марганца (II) | |
| FeSO 4(H2O)7 | [Fe (H 2O)6] | один | мелантерит | см. Аналог магния |
| CoSO 4(H2O)7 | [Co (H 2O)6] | один | см. Аналог магния | |
| NiSO 4(H2O)7 | [Ni (H 2O)6] | один | морозит | см. Аналог магния |
| NiSO 4(H2O)6 | [Ni (H 2O)6] | нет | ретгерзит | Один из нескольких гидратов сульфата никеля |
| CuSO 4(H2O)5 | [Cu (H 2O)4(κ-SO 4)2] | один | халькантит | сульфат является мостиковым лигандом |
| CdSO 4(H2O) | [Cd (μ-H 2O)2(κ-SO 4)4] | нет | мостиковый вода лиганд |
) Гидратированный сульфат меди (II) имеет ярко-синий цвет.
Безводный сульфат меди (II) имеет светло-бирюзовый оттенок.
