Diagrama de estructura espacial del sulfato de cobre.
Cuando muchas sustancias precipitan cristales a partir de soluciones acuosas, los cristales suelen contener un cierto número de moléculas de agua, que se denominan agua cristalina. Las sustancias que contienen agua cristalina se denominan hidratos cristalinos.
Las moléculas de agua de los hidratos cristalinos forman parte de los componentes químicamente fijados de los hidratos cristalinos.
Los hidratos son compuestos sólidos que contienen una determinada cantidad de moléculas de agua. El agua en el hidrato está presente en una cierta cantidad. Por ejemplo, la composición del hidrato del sulfato de cobre CuSO4 es CuSO4-5H2O. El agua en los hidratos tiene varios métodos de unión diferentes: uno es como ligando, coordinado sobre iones metálicos, que se llama agua ligando cristalina; el otro se combina con aniones, que se llama agua aniónica cristalina; Por ejemplo, CuSO4-5H2O pierde sólo 4 moléculas de agua cuando se calienta a 113°C. Sólo cuando se calienta por encima de 258°C puede caer la última molécula de agua. Se puede observar que cuatro moléculas de agua están coordinadas sobre los iones de cobre como ligandos, a saber, [Cu(H2O)4]2; otra molécula de agua está combinada con el sulfato. Generalmente se cree que una molécula de agua está conectada a un átomo de oxígeno a través de un enlace de hidrógeno. Dependiendo de cómo estén unidas las moléculas de agua, la fórmula estructural de CuSO4-5H2O se puede escribir como [Cu(H2O)]4][SO4(H2O)]. Muchos otros cristales de sulfato hidratados, como FeSO4-7H2O, NiSO4-7H2O y ZnSO4-7H2O, también se combinan de la misma manera.
En los hidratos de metales de transición, los hidratos de la misma composición a menudo cambian sus propiedades debido a los diferentes modos de unión de las moléculas de agua que contienen. Por ejemplo, el tricloruro de cromo anhidro es de color rojo púrpura y su hidrato son cristales de color verde oscuro con la fórmula experimental CrCl3-6H2O. Los experimentos han demostrado que entre las 6 moléculas de agua, solo 4 moléculas de agua y 2 iones cloruro sirven como ligandos y se combinan con iones de cromo en el límite interno de [Cr(H2O)4Cl2], que es estable tanto en estado cristalizado como en estado acuoso. solución, por lo que la fórmula estructural de este hidrato se puede escribir como [Cr (H2O)4Cl2]Cl-2H2O. Si la solución de cristales de color verde oscuro se enfría por debajo de 0 °C y se introduce gas cloruro de hidrógeno, precipitarán cristales de color púrpura con la fórmula estructural [Cr(H2O)6]Cl3. Si se trata una solución de cristales de color púrpura con éter y se introduce gas cloruro de hidrógeno, precipitarán cristales de color verde claro y su fórmula estructural es [Cr(H2O)5Cl]Cl2-H2O.
El agua no puede combinarse directamente con cationes o aniones, sino que existe en el cristal en una determinada proporción y ocupa una determinada posición en la red cristalina. Esta forma combinada de agua se llama agua reticular y normalmente contiene 12 moléculas de agua. Algunos compuestos cristalinos también contienen agua, pero no en una proporción determinada. Los ejemplos incluyen zeolitas y otros minerales de silicato. Algunos hidróxidos metálicos insolubles son en realidad hidratos.
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