Kristalleşme suyu - Water of crystallization

Kimyada, kristalleşme suyu/suları veya hidrasyon suyu/suları , kristallerin içinde bulunan su molekülleridir . Sulu çözeltilerden kristallerin oluşumuna genellikle su katılır . Bazı bağlamlarda, kristalleşme suyu, belirli bir sıcaklıkta bir maddedeki toplam su kütlesidir ve çoğunlukla belirli bir ( stoikiometrik ) oranda bulunur. Klasik olarak, "kristalizasyon suyu" , metal katyonuna doğrudan bağlı olmayan bir metal kompleksinin veya bir tuzun kristal yapısında bulunan suyu ifade eder .

Sudan veya su içeren çözücülerden kristalizasyon üzerine , birçok bileşik kristal çerçevelerine su moleküllerini dahil eder. Kristalizasyon suyu genellikle bir numunenin ısıtılmasıyla çıkarılabilir, ancak kristalin özellikleri çoğu zaman kaybolur. Örneğin, sodyum klorür durumunda , dihidrat oda sıcaklığında kararsızdır.

Sodyum klorürün yarı kararlı dihidratındaki Na + koordinasyon küresi (kırmızı = oksijen, mor = Na + , yeşil = Cl - , H atomları atlanmıştır).

İnorganik tuzlarla karşılaştırıldığında , proteinler kristal kafes içinde büyük miktarda su ile kristalleşir. Proteinler için %50 su içeriği nadir değildir.

isimlendirme

Olarak moleküler formüllerin kristalleşme suyu çeşitli şekillerde gösterilen, ancak genellikle muğlak edilir. Hidratlı bileşik ve hidrat terimleri genellikle belirsiz bir şekilde tanımlanmaktadır.

Kristal yapıdaki konum

FeSO 4'te bazı hidrojen bağlayıcı kontaklar . 7H 2 O. Bu metal aquo kompleksi , sülfatla ve [Fe(H 2 O) 6 ] 2+ merkezleriyle etkileşime giren hidrasyon suyu ile kristalleşir .

İlişkili kristalizasyon suyuna sahip bir tuz , bir hidrat olarak bilinir . Polimerik yapıları tanımlayan hidrojen bağlarının varlığı nedeniyle hidratların yapısı oldukça ayrıntılı olabilir . Tarihsel olarak, birçok hidratın yapısı bilinmiyordu ve bir hidratın formülündeki nokta, suyun nasıl bağlandığını belirtmeden bileşimi belirtmek için kullanıldı. Örnekler:

  • CuSO 4  • 5H 2 O - bakır(II) sülfat pentahidrat
  • CoCl 2  • 6H 2 O - kobalt(II) klorür heksahidrat
  • SnCb 2  • 2H 2 O - kalay (II) ( ya da kalay) klorür dihidrat

Birçok tuz için, su molekülleri çözündükten sonra kararsız hale geldikleri için, suyun tam olarak bağlanması önemsizdir . Örneğin, CuSO 4  • 5H 2 O ve susuz CuSO 4'ten hazırlanan sulu bir çözelti aynı şekilde davranır. Bu nedenle, hidrasyon derecesinin bilinmesi yalnızca eşdeğer ağırlığın belirlenmesi için önemlidir : bir mol CuSO 4  • 5H 2 O, bir mol CuSO 4'ten daha ağırdır . Bazı durumlarda, hidrasyon derecesi, ortaya çıkan kimyasal özellikler için kritik olabilir. Örneğin, susuz RhCl 3 suda çözünmez ve organometalik kimyada nispeten yararsızdır, oysa RhCl 3  • 3H 2 O çok yönlüdür. Benzer şekilde, hidratlanmış AICI 3 bir zayıf Lewis asidi ve bir katalizör olarak bu şekilde aktif olmayan Friedel-Crafts reaksiyonları . AICI numuneleri 3 , bu nedenle hidratların oluşumunu önlemek için, atmosferik nemden korunmalıdır.

Kristal kalsiyum klorür hekzahidratta polimerik [Ca(H 2 O) 6 ] 2+ merkezinin yapısı. Üç su ligandı terminal, üç köprüdür. Metal aquo komplekslerinin iki yönü gösterilmektedir: Ca2 + için tipik olan yüksek koordinasyon sayısı ve köprüleyici ligand olarak suyun rolü .

Hidratlı bakır(II) sülfat kristalleri, SO 4 2− iyonlarına bağlı [Cu(H 2 O) 4 ] 2+ merkezden oluşur . Bakır, iki farklı sülfat grubu ve dört su molekülü tarafından sağlanan altı oksijen atomu ile çevrilidir. Beşinci bir su, çerçevenin başka bir yerinde bulunur, ancak doğrudan bakıra bağlanmaz. Yukarıda bahsedilen kobalt klorür [Co(H 2 O) 6 ] 2+ ve Cl − olarak ortaya çıkar . Kalay klorürde, her Sn(II) merkezi piramidaldir (ortalama O/Cl-Sn-O/Cl açısı 83°'dir) iki klorür iyonuna ve bir suya bağlıdır. Formül birimindeki ikinci su, klorüre ve koordineli su molekülüne hidrojenle bağlıdır. Kristalleşme suyu elektrostatik çekimler tarafından stabilize edilir, dolayısıyla hidratlar, +2 ve +3 katyonları ve -2 anyonları içeren tuzlar için yaygındır. Bazı durumlarda, bir bileşiğin ağırlığının büyük kısmı sudan kaynaklanır. Glauber tuzu , Na 2 SO 4 (H 2 O) 10 , ağırlık olarak% 50 su daha büyük olan beyaz kristalli bir katıdır.

Nikel(II) klorür heksahidrat durumunu düşünün . Bu tür, NiCl 2 (H 2 O) 6 formülüne sahiptir . Kristalografik analiz, katının birbirine hidrojen bağlı [ trans -NiCl 2 (H 2 O) 4 ] alt birimlerinden ve ayrıca iki ilave H 2 O molekülünden oluştuğunu ortaya koymaktadır . Böylece kristaldeki su moleküllerinin 1/3'ü doğrudan Ni2 +'ya bağlı değildir ve bunlar "kristalizasyon suyu" olarak adlandırılabilir.

analiz

Çoğu bileşiğin su içeriği, formülü bilgisi ile belirlenebilir. Bilinmeyen bir numune , numunenin kuvvetli bir şekilde ısıtıldığı ve numunenin doğru ağırlığının sıcaklığa karşı çizildiği termogravimetrik analiz (TGA) yoluyla belirlenebilir . Tahliye edilen su miktarı daha sonra, tuza bağlı su moleküllerinin sayısını elde etmek için suyun molar kütlesine bölünür.

Diğer kristalizasyon çözücüleri

Su, küçük ve polar olduğu için kristallerde bulunan özellikle yaygın bir çözücüdür. Ancak tüm çözücüler bazı konak kristallerinde bulunabilir. Su, reaktif olduğu için dikkate değerdir, oysa benzen gibi diğer çözücülerin kimyasal olarak zararsız olduğu düşünülür. Bazen bir kristalde birden fazla çözücü bulunur ve genellikle stokiyometri değişkendir, kristalografik "kısmi doluluk" kavramına yansır. Bir kimyagerin bir numuneyi vakum ve ısı kombinasyonuyla "sabit ağırlığa" "kurutması" yaygın ve gelenekseldir.

Diğer kristalizasyon çözücüleri için analiz, numuneyi döteryumlu bir çözücü içinde eriterek ve numuneyi çözücü sinyalleri için NMR spektroskopisi ile analiz ederek uygun şekilde gerçekleştirilir . Tek kristal X-ışını kristalografisi genellikle bu kristalizasyon çözücülerinin varlığını da saptayabilir. Diğer yöntemler şu anda mevcut olabilir.

Bazı inorganik halojenürlerde kristalizasyon suyu tablosu

Aşağıdaki tabloda çeşitli tuzlarda metal başına su molekülü sayısı belirtilmiştir.


Hidratlı metal halojenürlerin formülü
Metalin koordinasyon küresi
M'ye bağlı olmayan kristalleşme suyunun eşdeğerleri		 Uyarılar
CaCl 2 (H 2 O) 6 [Ca(μ-H 2 O) 6 (H 2 O) 3 ] 2+ Yok köprü ligandı olarak su örneği
TiCb 3 (lH 2 O) 6 trans -[TiCl 2 (H 2 O) 4 ] + 2 VCI ile isomorf 3 (H 2 O) 6
VCI 3 (lH 2 O) 6 trans -[VCl 2 (H 2 O) 4 ] + 2
VBr 3 (H 2 O) 6 trans -[VBr 2 (H 2 O) 4 ] + 2
VI 3 (H 2 O) 6 [V(H 2 O) 6 ] 3+ Yok Cl göre - ve Br - , ı - kötü için rekabet edebilir
V için bir ligand olarak su ile (III)
Nb 6 Cı 14 (H 2 O) 8 [Nb 6 Cl 14 (H 2 O) 2 ] dört
KrKl 3 (lH 2 O) 6 trans - [KrKl 2 (lH 2 O) 4 ] + 2 koyu yeşil izomer, namı diğer "Bjerrums tuzu"
KrKl 3 (lH 2 O) 6 [KrKl (H 2 O) 5 ] 2+ bir mavi-yeşil izomer
KrKl 2 (lH 2 O) 4 trans - [KrKl 2 (lH 2 O) 4 ] Yok kare düzlemsel/tetragonal bozulma
KrKl 3 (lH 2 O) 6 [Cr(H 2 O) 6 ] 3+ Yok menekşe izomeri. alüminyum bileşikli izostrüktürel
AICI 3 (lH 2 O) 6 [Al(H 2 O) 6 ] 3+ Yok Cr(III) bileşiği ile izostrüktürel
MnC 2 (lH 2 O) 6 trans - [MnC 2 (lH 2 O) 4 ] 2
MnC 2 (lH 2 O) 4 cis - [MnC 2 (lH 2 O) 4 ] Yok cis moleküler, kararsız trans izomer de tespit edildi
MnBr 2 (H 2 O) 4 cis -[MnBr 2 (H 2 O) 4 ] Yok cis, moleküler
MnC 2 (lH 2 O) 2 trans - [MnC 4 (H 2 O) 2 ] Yok köprüleme klorürlü polimerik
MnBr 2 (H 2 O) 2 trans -[MnBr 4 (H 2 O) 2 ] Yok köprüleyici bromürlü polimerik
FeC 2 (lH 2 O) 6 trans - [FeC 2 (lH 2 O) 4 ] 2
FeCl 2 (H 2 O) 4 trans - [FeC 2 (lH 2 O) 4 ] Yok moleküler
FeBr 2 (H 2 O) 4 trans -[FeBr 2 (H 2 O) 4 ] Yok moleküler
FeCl 2 (H 2 O) 2 trans -[FeCl 4 (H 2 O) 2 ] Yok köprüleme klorürlü polimerik
FeC 3 (lH 2 O) 6 trans - [FeC 2 (lH 2 O) 4 ] + 2 ferrik klorürün dört hidratından biri, Cr analogu ile izostrüktürel
FeC 3 (lH 2 O) 2.5 cis - [FeC 2 (lH 2 O) 4 ] + 2 dihidrat benzer bir yapıya sahiptir, her ikisi de FeCl 4 - anyon içerir.
CoCl 2 (H 2 O) 6 trans -[CoCl 2 (H 2 O) 4 ] 2
CoBr 2 (H 2 O) 6 trans -[CoBr 2 (H 2 O) 4 ] 2
CoI 2 (H 2 O) 6 [Co(H 2 O) 6 ] 2+ Yok iyodür su ile zayıf rekabet eder
CoBr 2 (H 2 O) 4 trans -[CoBr 2 (H 2 O) 4 ] Yok moleküler
CoCl 2 (H 2 O) 4 cis -[CoCl 2 (H 2 O) 4 ] Yok not: cis moleküler
CoCl 2 (H 2 O) 2 trans -[CoCl 4 (H 2 O) 2 ] Yok köprüleme klorürlü polimerik
CoBr 2 (H 2 O) 2 trans -[CoBr 4 (H 2 O) 2 ] Yok köprüleyici bromürlü polimerik
NiCl 2 (H 2 O) 6 trans -[NiCl 2 (H 2 O) 4 ] 2
NiCl 2 (H 2 O) 4 cis -[NiCl 2 (H 2 O) 4 ] Yok not: cis moleküler
NiBr 2 (H 2 O) 6 trans -[NiBr 2 (H 2 O) 4 ] 2
NiI 2 (H 2 O) 6 [Ni(H 2 O) 6 ] 2+ Yok iyodür su ile zayıf rekabet eder
NiCl 2 (H 2 O) 2 trans -[NiCl 4 (H 2 O) 2 ] Yok köprüleme klorürlü polimerik
CuCl 2 (H 2 O) 2 [CuCl 4 (H 2 O) 2 ] 2 Yok dörtgen olarak bozulmuş
iki uzun Cu-Cl mesafesi
CuBr 2 (H 2 O) 4 [CuBr 4 (H 2 O) 2 ] n 2 dörtgen olarak bozulmuş
iki uzun Cu-Br mesafesi
ZnCl 2 (lH 2 O) 1.33 2 ZnCl 2 + ZnCl 2 (lH 2 O) 4 Yok hem tetrahedral hem de oktahedral Zn merkezleri ile koordinasyon polimeri
ZnCl 2 (lH 2 O) 2.5 Cı 3 Zn (μ-Cl), Zn (H 2 O) 5 Yok tetrahedral ve oktahedral Zn merkezleri
ZnCl 2 (lH 2 O) 3 [ZnCl 4 ] 2- + Zn(H 2 O) 6 ] 2+ Yok tetrahedral ve oktahedral Zn merkezleri
ZnCl 2 (lH 2 O) 4.5 [ZnCl 4 ] 2- + [Zn(H 2 O) 6 ] 2+ üç tetrahedral ve oktahedral Zn merkezleri

Metal sülfatların hidratları

Geçiş metal sülfatları, her biri yalnızca bir biçimde kristalleşen çeşitli hidratlar oluşturur. Sülfat grubu, özellikle altıdan az aquo ligandı olan tuzlar için, genellikle metale bağlanır . Genellikle en yaygın tuzlar olan heptahidratlar, monoklinik ve daha az yaygın ortorombik formlar olarak kristalleşir . Heptahidratlarda, bir su kafeste ve diğer altısı demir merkezine koordine edilir. Metal sülfatların çoğu, mineral sülfitlerin aşınmasının bir sonucu olarak doğada meydana gelir. Birçok monohidra bilinmektedir.


Hidratlı metal iyon sülfat formülü
Metal iyonunun koordinasyon küresi
M'ye bağlı olmayan kristalleşme suyunun eşdeğerleri		 mineral adı Uyarılar
MgSO 4 (H 2 O) 4 [Mg(H 2 O) 4 (κ',κ 1 -SO 4 )] 2 Yok sülfat köprü ligandı, 8 üyeli Mg 2 O 4 S 2 halkaları
MgSO 4 (H 2 O) 6 [Mg(H 2 O) 6 ] Yok heksahidrit ortak motif
MgSO 4 (H 2 O) 7 [Mg(H 2 O) 6 ] bir epsomit ortak motif
TiOSO 4 (H 2 O) [Ti(μ-O) 2 (H 2 O)(κ 1 -SO 4 ) 3 ] Yok daha fazla hidrasyon jeller verir
VSO 4 (H 2 O) 6 [V(H 2 O) 6 ] Yok Heksahidrit motifini benimser
VOSO 4 (H 2 O) 5 [VO(H 2 O) 4 (κ 1 -SO 4 ) 4 ] bir
Cr 2 (SO 4 ) 3 (H 2 O) 18 [Cr(H 2 O) 6 ] altı Birkaç krom (III) sülfattan biri
MnSO 4 (H 2 O) [Mn(μ-H 2 O) 2 (κ 1 -SO 4 ) 4 ]   Yok   Birkaç hidratlı manganez(II) sülfatın en yaygını
MnSO 4 (H 2 O) 7 [Mn(H 2 O) 6 ] bir mallardit bkz. Mg analogu
FeSO 4 (H 2 O) 7 [Fe(H 2 O) 6 ] bir melanterit bkz. Mg analogu
FeSO 4 (H 2 O) 4 [Fe(H 2 O) 4 (κ',κ 1 -SO 4 )] 2 Yok sülfat köprü ligandı, 8 üyeli Fe 2 O 4 S 2 halkaları
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 Yok sülfatlar Fe(III) üzerindeki terminal ligandlardır
CoSO 4 (H 2 O) 7 [Co(H 2 O) 6 ] bir bkz. Mg analogu
CoSO 4 (H 2 O) 6 [Co(H 2 O) 6 ] Yok daha evci bkz. Mg analogu
CoSO 4 (H 2 O) 7 [Co(H 2 O) 6 ] bir biberit bkz. Fe analogu
NiSO 4 (H 2 O) 6 [Ni(H 2 O) 6 ] Yok retgersit   Birkaç nikel sülfat hidrattan biri
NiSO 4 (H 2 O) 7 [Ni(H 2 O) 6 ] morenozit 
CuSO 4 (H 2 O) 5 [Cu(H 2 O) 4 (κ 1 -SO 4 ) 2 ] bir kalkantit sülfat köprü ligandı
CuSO 4 (H 2 O) 7 [Cu(H 2 O) 6 ] bir kabinit
ZnSO 4 (H 2 O) 4 [Zn(H 2 O) 4 (κ',κ 1 -SO 4 )] 2 Yok sülfat köprü ligandı, 8 üyeli Zn 2 O 4 S 2 halkaları
ZnSO 4 (H 2 O) 6 [Zn(H 2 O) 6 ] Yok bkz. Mg analogu
ZnSO 4 (H 2 O) 7 [Zn(H 2 O) 6 ] bir| goslarit bkz. Mg analogu
CdSO 4 (H 2 O) [Cd(μ-H 2 O) 2 (κ 1 -SO 4 ) 4 ] Yok   köprü su ligandı

Metal nitratların hidratları

Geçiş metal nitratları çeşitli hidratlar oluşturur. Nitrat anyonu, özellikle altıdan az aquo ligandı olan tuzlar için, genellikle metale bağlanır .



Hidratlı metal iyon nitrat formülü
Metal iyonunun koordinasyon küresi
M'ye bağlı olmayan kristalleşme suyunun eşdeğerleri		 Uyarılar
Cr(NO 3 ) 3 (H 2 O) 6 [Cr(H 2 O) 6 ]( 3+ üç Fe(NO 3 ) 3 (H 2 O) 9 ile oktahedral konfigürasyon izostrüktürel
Mn(NO 3 ) 2 (H 2 O) 4 cis -[Mn(H 2 O) 4 (κ 1 -ONO 2 ) 2 ] Yok oktahedral konfigürasyon
Mn(NO 3 ) 2 (H 2 O) [Mn(H 2 O)(μ-ONO 2 ) 5 ] Yok oktahedral konfigürasyon
Fe(NO 3 ) 3 (H 2 O) 9 [Fe(H 2 O) 6 ] 3+ üç Cr(NO 3 ) 3 (H 2 O) 9 ile oktahedral konfigürasyon izostrüktürel
Fe(NO 3 ) 3 )(H 2 O) 4 [Fe (H 2 O) 3 (κ 2 = O 2 NO) 2 ] + bir beşgen çift piramit
Fe(NO 3 ) 3 (H 2 O) 5 [Fe(H 2 O) 5 (κ 1 -ONO 2 )] 2+ Yok oktahedral konfigürasyon
Fe(NO 3 ) 3 (H 2 O) 6 [Fe(H 2 O) 6 ] 3+ Yok oktahedral konfigürasyon
Co(NO 3 ) 2 (H 2 O) 2 [Co(H 2 O) 2 (κ 1 -ONO 2 ) 2 ] Yok oktahedral konfigürasyon
Co(NO 3 ) 2 (H 2 O) 4 [Co(H 2 O) 4 (κ 1 -ONO 2 ) 2 Yok oktahedral konfigürasyon
Co(NO 3 ) 2 (H 2 O) 6 [Co(H 2 O) 6 ] 2+ Yok oktahedral yapılandırma .
α- Ni(NO 3 ) 2 (H 2 O) 4 cis -[Ni(H 2 O) 4 (κ 1 -ONO 2 ) 2 ] Yok oktahedral yapılandırma .
β- Ni(NO 3 ) 2 (H 2 O) 4 trans -[Ni(H 2 O) 4 (κ 1 -ONO 2 ) 2 ] Yok oktahedral yapılandırma .
Cu(NO 3 ) 2 (H 2 O) [Cu(H 2 O)(κ 2 -ONO 2 ) 2 ] Yok oktahedral yapılandırma .
Cu(NO 3 ) 2 (H 2 O) 1.5 belirsiz belirsiz belirsiz
Cu(NO 3 ) 2 (H 2 O) 2.5 [Cu(H 2 O) 2 (κ 1 -ONO 2 ) 2 ] bir kare düzlemsel
Cu(NO 3 ) 2 (H 2 O) 3 belirsiz belirsiz belirsiz
Cu(NO 3 ) 2 (H 2 O) 6 [Cu(H 2 O) 6 ] 2+ Yok oktahedral konfigürasyon
Zn(NO 3 ) 2 (H 2 O) 4 cis -[Zn(H 2 O) 4 (κ 1 -ONO 2 ) 2 ] Yok oktahedral yapılandırma .

Fotoğraflar

  • Hidratlı bakır(II) sülfat parlak mavidir.

  • Susuz bakır(II) sülfat, açık turkuaz bir renk tonuna sahiptir.

Ayrıca bakınız

Referanslar