Propiedades principales y pérdida de agua
El comportamiento de los hidratos cristalinos está determinado en gran medida por la fuerza con la que las moléculas de agua se retienen en su estructura. Existen dos vías principales para la pérdida de esta humedad:
- Eflorescencia. Es un proceso espontáneo en el cual la sustancia pierde su agua de cristalización simplemente al encontrarse en aire seco. No se requiere calentamiento adicional para esto.
- Tratamiento térmico. Al calentar, la mayoría de los hidratos se descomponen, convirtiéndose en sales anhidras ordinarias. Sin embargo, en algunos casos el agua está unida tan firmemente que se requieren condiciones extremas. Por ejemplo, el compuesto $CaCl_2 \cdot 6H_2O$ libera toda su humedad por completo solo al alcanzar una temperatura de $300^\circ \text{C}$.
Precisamente gracias a su capacidad para unir firmemente el agua, las sales anhidras obtenidas (como el cloruro de calcio $CaCl_2$) se utilizan activamente en química como desecantes confiables para secar otras sustancias.
Es interesante que la composición del cristal resultante se forma ya en la etapa de cristalización y depende directamente del régimen de temperatura. Un ejemplo clásico es el carbonato de sodio:
- Si la temperatura de la solución es inferior a $32^\circ \text{C}$, se forma un cristal con diez moléculas de agua: $Na_2CO_3 \cdot 10H_2O$.
- Si el proceso ocurre a una temperatura superior a $32^\circ \text{C}$, se forma un compuesto con apenas una molécula de agua: $Na_2CO_3 \cdot H_2O$.
Determinación de la fórmula (cálculo mediante un ejemplo)
Para establecer la fórmula química exacta, los químicos miden la pérdida de masa de la sustancia al desecarla por completo. Analicemos esto con un problema clásico de carbonato de sodio.
Datos: A partir de una solución al 40% se aislaron cristales con una masa de $14,3$ g. A continuación, se desecaron en un desecador sobre óxido de fósforo ($P_2O_5$) hasta alcanzar masa constante. Como resultado, quedó un polvo anhidro con una masa de $5,3$ g.
El proceso se describe mediante un esquema simple de deshidratación: $Na_2CO_3 \cdot xH_2O \rightarrow Na_2CO_3 + xH_2O$
Para el cálculo necesitaremos las masas molares: $M(Na_2CO_3) = 106$ g/mol y $M(H_2O) = 18$ g/mol. La masa del agua evaporada será la diferencia entre la masa inicial y la final: $14,3$ g $-$ $5,3$ g $=$ $9,0$ g.
Procedimiento: Utilizamos la regla estequiométrica. La relación entre la masa de la sustancia húmeda inicial y su masa molar total se iguala a la relación entre la masa del agua evaporada y la masa molar de dicha agua (teniendo en cuenta obligatoriamente el coeficiente desconocido $x$).
La ecuación se ve así: $14,3 / (106 + 18x) = 9,0 / 18x$
Al resolver esta proporción matemática, encontramos que $x = 10$. Conclusión: La fórmula buscada de la sustancia estudiada es $Na_2CO_3 \cdot 10H_2O$.
Nomenclatura
Los nombres de los hidratos cristalinos se construyen según una lógica estricta pero simple. Esquema del nombre: [numeral griego] + "hidrato" + [nombre de la sal].
A continuación se presenta una tabla de los prefijos principales y sus ejemplos correspondientes:
| Número de moléculas | Prefijo | Ejemplo de fórmula | Nombre |
|---|---|---|---|
| 1 | Mono- | $LiCl \cdot H_2O$ | Monohidrato de cloruro de litio |
| 2 | Di- | $CaSO_4 \cdot 2H_2O$ | Dihidrato de sulfato de calcio |
| 3 | Tri- | $CH_3COONa \cdot 3H_2O$ | Trihidrato de acetato de sodio |
| 4 | Tetra- | $CaBr_2 \cdot 4H_2O$ | Tetrahidrato de bromuro de calcio |
| 5 | Penta- | $Na_2S_2O_3 \cdot 5H_2O$ | Pentahidrato de tiosulfato de sodio |
| 6 | Hexa- | $AlCl_3 \cdot 6H_2O$ | Hexahidrato de cloruro de aluminio |
| 7 | Hepta- | $FeSO_4 \cdot 7H_2O$ | Heptahidrato de sulfato de hierro(II) |
| 8 | Octa- | $MgI_2 \cdot 8H_2O$ | Octahidrato de yoduro de magnesio |
| 9 | Nona- | $Al(NO_3)_3 \cdot 9H_2O$ | Nonahidrato de nitrato de aluminio |
| 10 | Deca- | $Na_2SO_4 \cdot 10H_2O$ | Decahidrato de sulfato de sodio |
| 12 | Dodeca- | $KAl(SO_4)_2 \cdot 12H_2O$ | Dodecahidrato de sulfato de potasio y aluminio |
Preguntas de clases y exámenes
¿Cuál es la diferencia entre el tratamiento térmico y la eflorescencia?
La eflorescencia es la pérdida de agua en un medio de aire seco sin calentamiento. El tratamiento térmico implica un aumento intencional de la temperatura, lo cual es necesario para romper los enlaces fuertes con el agua (como en el caso del cloruro de calcio hexahidratado, que requiere 300 grados).
¿Por qué una misma sal puede tener diferentes formas hidratadas?
La cantidad de moléculas de agua que se incorporan a la estructura del cristal depende de las condiciones de temperatura en el momento de la cristalización. Por ejemplo, el carbonato de sodio forma un decahidrato a bajas temperaturas y un monohidrato a temperaturas superiores a 32 grados.
¿Cómo se calcula la masa molar de un hidrato desconocido?
Se compone de la masa molar de la propia sal y la masa molar del agua multiplicada por el coeficiente desconocido 'x' (por ejemplo, 106 + 18x). Este coeficiente se halla posteriormente mediante una proporción basada en la pérdida de masa.
Qué más repasar sobre el tema
- Dependencia de la composición de los hidratos cristalinos respecto a las condiciones de temperatura de cristalización.
- Uso de cloruro de calcio anhidro como desecante de laboratorio.
- Cálculos estequiométricos de los procesos de deshidratación de sales.
- Mecanismos de eflorescencia natural de los cristales en aire seco.
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