Введение

Молекулы воды, присутствующие внутри кристаллов.

В химии вода кристаллизации, или вода гидратации, – это молекулы воды, присутствующие внутри кристаллов. Вода часто включается в процесс формирования кристаллов из водных растворов. В некоторых случаях вода кристаллизации представляет собой общую массу воды в веществе при определенной температуре и обычно присутствует в определенном (стоихиометрическом) соотношении. В классическом понимании, "вода кристаллизации" относится к воде, входящей в кристаллическую структуру металлического комплекса или соли, но не связанной напрямую с металлическим катионом. При кристаллизации из воды или водно-содержащих растворителей многие соединения включают молекулы воды в свою кристаллическую структуру. Воду кристаллизации обычно можно удалить нагреванием образца, однако при этом часто теряются кристаллические свойства. По сравнению с неорганическими солями, белки кристаллизуются с большим содержанием воды в кристаллической решетке. Содержание воды в 50% – обычное явление для белков.

Приложения

Знание гидратации необходимо для вычисления масс многих соединений. Реакционная способность многих солеподобных твердых веществ чувствительна к наличию воды. Гидратация и дегидратация солей имеют центральное значение для применения материалов с фазовым переходом в системах накопления энергии.

Анализ

Содержание воды в большинстве соединений можно определить, зная его формулу. Неизвестный образец можно исследовать с помощью термогравиметрического анализа (TGA), при котором образец сильно нагревают и строят график зависимости точной массы образца от температуры. Количество выделившейся воды затем делят на молярную массу воды, чтобы определить число молекул воды, связанных с солью.

Другие растворители кристаллизации

Вода – особенно распространенный растворитель, обнаруживаемый в кристаллах, благодаря своим небольшим размерам и полярности. Однако все растворители могут присутствовать в определенных кристаллах-хозяевах. Вода примечательна своей реакционной способностью, в то время как другие растворители, такие как бензол, считаются химически инертными. Иногда в кристалле обнаруживают более одного растворителя, и часто их стехиометрия переменна, что отражается в кристаллографическом понятии "частичной заполненности". Для химиков обычной практикой является "высушивание" образца с использованием вакуума и нагрева "до постоянного веса". Анализ других растворителей кристаллизации удобно проводить путем растворения образца в дейтерированном растворителе и последующего анализа на наличие сигналов растворителя методом ЯМР-спектроскопии. Рентгеноструктурный анализ монокристаллов также часто позволяет обнаружить присутствие этих растворителей кристаллизации. Могут существовать и другие доступные методы.

Таблица кристаллизации воды в некоторых неорганических галоидах

В таблице ниже указано количество молекул воды на металл в различных солях. Гидратированные галогениды металлов и их формулы Координационная сфера металла Эквиваленты воды кристаллизации, не связанных с M Примечания Хлорид кальция|CaCl2(H2O)6 |[Ca(μ\ H2O)6(H2O)3](2+) пример воды в качестве мостикового лиганда Хлорид титана(III)|TiCl3(H2O)6 trans |[TiCl2(H2O)4]+ Фторид циркония(IV)|ZrF4(H2O)3|(μ\sF)2[ZrF3(H2O)3]2 нет редкий случай, когда Hf и Zr различаются Тетрафторид гафния|HfF4(H2O)3 |(μ\sF)2[HfF2(H2O)2]n(H2O)n один редкий случай, когда Hf и Zr различаются два Иодид ванадия(III)|VI3(H2O)6 |[V(H2O)6](3+) нет относительно |Cl и |Br , |I плохо конкурирует с водой как с лигандом для V(III) |Nb6Cl14(H2O)8 |[Nb6Cl14(H2O)2] четыре Хлорид хрома(III)|CrCl3(H2O)6 trans |[CrCl2(H2O)4]+ два темно-зеленый изомер, также известный как "соль Бьеррума" Хлорид хрома(III)|CrCl3(H2O)6 |[CrCl(H2O)5](2+) один сине-зеленый изомер Хлорид хрома(II)|CrCl2(H2O)4 trans |[CrCl2(H2O)4] квадратная плоскость/тетрагональное искажение Хлорид хрома(III)|CrCl3(H2O)6 |[Cr(H2O)6](3+) фиолетовый изомер. изоструктурный с соединением алюминия Трихлорид алюминия|AlCl3(H2O)6 |[Al(H2O)6](3+) изоструктурный с соединением Cr(III) Хлорид марганца(II)|MnCl2(H2O)6 trans |[MnCl2(H2O)4] два Хлорид марганца(II)|MnCl2(H2O)4 cis |[MnCl2(H2O)4] цис-молекулярный, нестабильный транс-изомер также обнаружен Бромид марганца(II)|MnBr2(H2O)4 cis |[MnBr2(H2O)4] цис-молекулярный Иодид марганца(II)|MnI2(H2O)4 trans |[MnI2(H2O)4] молекулярный, изоструктурный с FeCl2(H2O)4. Хлорид марганца(II)|MnCl2(H2O)2 trans |[MnCl4(H2O)2] полимерный с мостиковым хлоридом Бромид марганца(II)|MnBr2(H2O)2 trans |[MnBr4(H2O)2] полимерный с мостиковым бромидом Хлорид железа(II)|FeCl2(H2O)6 trans |[FeCl2(H2O)4] два Хлорид железа(II)|FeCl2(H2O)4 trans |[FeCl2(H2O)4] молекулярный Бромид железа(II)|FeBr2(H2O)4 trans |[FeBr2(H2O)4] молекулярный, изоструктурный с аналогом Cr Хлорид железа(III)|FeCl3(H2O)2.5 cis |[FeCl2(H2O)4]+ два дигидрат имеет аналогичную структуру, оба содержат |FeCl4 анионы. йодид плохо конкурирует с водой Бромид кобальта(II)|CoBr2(H2O)4 trans |[CoBr2(H2O)4] молекулярный Бромид никеля(II)|NiBr2(H2O)6 trans |[NiBr2(H2O)4] два Иодид никеля(II)|NiI2(H2O)6 |[Ni(H2O)6](2+) trans |[PtCl4(H2O)2] октаэдрические Pt-центры; редкий пример хлоридного аква-комплекса не первого ряда Хлорид платины(IV)|[Pt(H2O)3Cl3]Cl(H2O)0.5 fac |[PtCl3(H2O)3]+ октаэдрические Pt-центры; редкий пример хлоридного аква-комплекса не первого ряда Хлорид меди(II)|CuCl2(H2O)2 |[CuCl4(H2O)2]2 тетрагонально искаженный два длинных расстояния Cu-Cl Хлорид брома меди(II)|CuBr2(H2O)4 |[CuBr4(H2O)2] {n} два тетрагонально искаженный два длинных расстояния Cu-Br |2 ZnCl2 + ZnCl2(H2O)4 координационный полимер с тетраэдрическими и октаэдрическими Zn-центрами Хлорид цинка(II)|ZnCl2(H2O)2.5 |Cl3Zn(μ\ Cl)Zn(H2O)5 тетраэдрические и октаэдрические Zn-центры Хлорид цинка(II)|ZnCl2(H2O)3 Многие сульфаты металлов встречаются в природе, являясь результатом выветривания минеральных сульфидов. нет киерит см. Mn, Fe, Co, Ni, Zn аналоги MgSO4(H2O)4 [Mg(H2O)4(κ′,κ1 SO4)]2 нет сульфат является мостиковым лигандом, 8-членные кольца Mg2O4S2 MgSO4(H2O)6 [Mg(H2O)6] нет гексагидрат распространенный мотив VOSO4(H2O)5 [VO(H2O)4(κ1 SO4)4] один Cr(SO4)(H2O)3 [Cr(H2O)3(κ1 SO4)] нет напоминает Cu(SO4)(H2O)3 Cr(SO4)(H2O)5 [CR(H2O)4(κ1 SO4)2] один напоминает Cu(SO4)(H2O)5 Cr2(SO4)3(H2O)18 [Cr(H2O)6] шесть Один из нескольких сульфатов хрома(III) MnSO4(H2O) [Mn(μ H2O)(μ4, κ1 SO4)4] нет Илезит пентагидрат называется джококуитом; гексагидрат, самый редкий, называется хвалетицитом с 8-членным кольцом Mn2(SO4)2 ядро MnSO4(H2O)5 ? джококуит MnSO4(H2O)6 ? Хвалетицит MnSO4(H2O)7 [Mn(H2O)6] один маллардит CoSO4(H2O) [Co(μ H2O)(μ4 κ1 SO4)4] NiSO4(H2O)7 [Ni(H2O)6] моренозит CuSO4(H2O)5 [Cu(H2O)4(κ1 SO4)2] один халькантит сульфат является мостиковым лигандом CuSO4(H2O)7 [Cu(H2O)6] один бутит ZnSO4(H2O)6 [Zn(H2O)6] нет см. аналог Mg ZnSO4(H2O)7 [Zn(H2O)6] один госларит см. аналог MgCdSO4(H2O)[Cd(μ H2O)2(κ1 SO4)4] нет мостовой лиганд воды

Гидраты нитратов металлов

Нитраты переходных металлов образуют разнообразные гидраты. Нитрат-анион часто связывается с металлом, особенно в солях, содержащих менее шести акволигандов. Нитраты редко встречаются в природе, поэтому представлено немного минералов. Кристаллографическая характеристика гидратированного нитрата железа отсутствует. Формула гидратированного нитрата металла – Координационная сфера металлического иона – Количество не связанных с M эквивалентов воды кристаллизации – Примечания Cr(NO3)3(H2O)9 [Cr(H2O)6]3+ три октаэдрическая конфигурация, изоструктурна с Fe(NO3)3(H2O)9 Mn(NO3)2(H2O)4 цис [Mn(H2O)4(κ1 ONO2)2] нет октаэдрическая конфигурация Mn(NO3)2(H2O) [Mn(H2O)(μ ONO2)5] нет октаэдрическая конфигурация Mn(NO3)2(H2O)6 [Mn(H2O)6] нет октаэдрическая конфигурация Fe(NO3)3(H2O)9 [Fe(H2O)6]3+ три октаэдрическая конфигурация, изоструктурна с Cr(NO3)3(H2O)9 Fe(NO3)3(H2O)4 [Fe(H2O)3(κ2 O2NO)2]+ один пентагонально-бипирамидальная Fe(NO3)3(H2O)5 [Fe(H2O)5(κ1 ONO2)]2+ нет октаэдрическая конфигурация α Ni(NO3)2(H2O)4 цис [Ni(H2O)4(κ1 ONO2)2] нет октаэдрическая конфигурация β Ni(NO3)2(H2O)4 транс [Ni(H2O)4(κ1 ONO2)2] нет октаэдрическая конфигурация Pd(NO3)2(H2O)2 транс [Pd(H2O)2(κ1 ONO2)2] нет плоско-квадратная координационная геометрия Cu(NO3)2(H2O) [Cu(H2O)(κ2 ONO2)2] нет октаэдрическая конфигурация Cu(NO3)2(H2O)1.5 неопределено неопределено неопределено Cu(NO3)2(H2O)2.5 [Cu(H2O)2(κ1 ONO2)2] один плоско-квадратная Cu(NO3)2(H2O)3 неопределено неопределено неопределено Cu(NO3)2(H2O)6 [Cu(H2O)6]2+ нет октаэдрическая конфигурация Zn(NO3)2(H2O)4 цис [Zn(H2O)4(κ1 ONO2)2] нет октаэдрическая конфигурация Hg2(NO3)2(H2O)2 [H2O–Hg–Hg–OH2]2+ линейная