Propriétés principales et perte d'eau
Le comportement des hydrates cristallins est largement déterminé par la force avec laquelle les molécules d'eau sont retenues dans leur structure. Il existe deux principales voies de perte de cette humidité :
- Efflorescence. Il s'agit d'un processus spontané au cours duquel la substance perd son eau de cristallisation simplement en se trouvant dans l'air sec. Aucun chauffage supplémentaire n'est nécessaire.
- Traitement thermique. Lors du chauffage, la plupart des hydrates se décomposent pour se transformer en sels anhydres ordinaires. Cependant, dans certains cas, l'eau est liée si fortement que des conditions extrêmes sont requises. Par exemple, le composé $CaCl_2 \cdot 6H_2O$ ne libère complètement toute son humidité qu'à une température atteignant $300^\circ \text{C}$.
C'est précisément grâce à leur capacité à lier fermement l'eau que les sels anhydres obtenus (tels que le chlorure de calcium $CaCl_2$) sont activement utilisés en chimie comme déshumidifiants fiables pour sécher d'autres substances.
Il est intéressant de noter que la composition du cristal formé se détermine dès l'étape de cristallisation et dépend directement du régime de température. Le carbonate de sodium en est un exemple classique :
- Si la température de la solution est inférieure à $32^\circ \text{C}$, il se forme un cristal avec dix molécules d'eau : $Na_2CO_3 \cdot 10H_2O$.
- Si le processus se déroule à une température supérieure à $32^\circ \text{C}$, il se forme un composé avec une seule molécule d'eau : $Na_2CO_3 \cdot H_2O$.
Détermination de la formule (calcul sur un exemple)
Pour établir la formule chimique exacte, les chimistes mesurent la perte de masse de la substance lors d'un séchage complet. Examinons cela à l'aide d'un problème classique sur le carbonate de sodium.
Données : À partir d'une solution à 40 %, on a isolé des cristaux d'une masse de $14,3$ g. Ils ont ensuite été séchés dans un dessiccateur sur de l'oxyde de phosphore ($P_2O_5$) jusqu'à obtention d'une masse constante. Il est resté une poudre anhydre d'une masse de $5,3$ g.
Le processus est décrit par un schéma simple de déshydratation : $Na_2CO_3 \cdot xH_2O \rightarrow Na_2CO_3 + xH_2O$
Pour le calcul, nous aurons besoin des masses molaires : $M(Na_2CO_3) = 106$ g/mol et $M(H_2O) = 18$ g/mol. La masse d'eau évaporée correspond à la différence entre la masse initiale et la masse finale : $14,3$ g $-$ $5,3$ g $=$ $9,0$ g.
Démarche de résolution : Nous utilisons la règle stœchiométrique. Le rapport de la masse de la substance humide initiale sur sa masse molaire totale est égal au rapport de la masse de l'eau évaporée sur la masse molaire de cette eau (en tenant impérativement compte du coefficient inconnu $x$).
L'équation s'écrit ainsi : $14,3 / (106 + 18x) = 9,0 / 18x$
En résolvant cette proportion mathématique, nous trouvons que $x = 10$. Conclusion : La formule recherchée de la substance étudiée est $Na_2CO_3 \cdot 10H_2O$.
Nomenclature
Les noms des hydrates cristallins sont construits selon une logique stricte mais simple. Schéma de nommage : [numéral grec] + « hydrate de » + [nom du sel].
Vous trouverez ci-dessous un tableau des principaux préfixes et des exemples correspondants :
| Nombre de molécules | Préfixe | Exemple de formule | Nom |
|---|---|---|---|
| 1 | Mono- | $LiCl \cdot H_2O$ | Monohydrate de chlorure de lithium |
| 2 | Di- | $CaSO_4 \cdot 2H_2O$ | Sulfate de calcium dihydraté |
| 3 | Tri- | $CH_3COONa \cdot 3H_2O$ | Acétate de sodium trihydraté |
| 4 | Tétra- | $CaBr_2 \cdot 4H_2O$ | Bromure de calcium tétrahydraté |
| 5 | Penta- | $Na_2S_2O_3 \cdot 5H_2O$ | Thiosulfate de sodium pentahydraté |
| 6 | Hexa- | $AlCl_3 \cdot 6H_2O$ | Chlorure d'aluminium hexahydraté |
| 7 | Hepta- | $FeSO_4 \cdot 7H_2O$ | Sulfate de fer(II) heptahydraté |
| 8 | Octa- | $MgI_2 \cdot 8H_2O$ | Iodure de magnésium octahydraté |
| 9 | Nona- | $Al(NO_3)_3 \cdot 9H_2O$ | Nitrate d'aluminium nonahydraté |
| 10 | Déca- | $Na_2SO_4 \cdot 10H_2O$ | Sulfate de sodium décahydraté |
| 12 | Dodéca- | $KAl(SO_4)_2 \cdot 12H_2O$ | Sulfate d'aluminium et de potassium dodécahydraté |
Questions des cours et des examens
Quelle est la différence entre le traitement thermique et l'efflorescence ?
L'efflorescence est la perte d'eau dans un environnement d'air sec sans chauffage. Le traitement thermique implique une augmentation ciblée de la température, ce qui est nécessaire pour détruire les liaisons fortes avec l'eau (comme dans le cas du chlorure de calcium hexahydraté, qui nécessite 300 degrés).
Pourquoi un même sel peut-il avoir différentes formes hydratées ?
Le nombre de molécules d'eau qui s'intègrent dans la structure cristalline dépend des conditions de température au moment de la cristallisation. Par exemple, le carbonate de sodium forme un décahydrate à basse température et un monohydrate à une température supérieure à 32 degrés.
Comment calcule-t-on la masse molaire d'un hydrate inconnu ?
Elle se compose de la masse molaire du sel lui-même et de la masse molaire de l'eau multipliée par un coefficient inconnu 'x' (par exemple, 106 + 18x). Ce coefficient est ensuite trouvé par proportion à partir de la perte de masse.
À étudier également sur le sujet
- Dépendance de la composition des hydrates cristallins des conditions de température de cristallisation.
- Utilisation du chlorure de calcium anhydre comme dess
- Calculs stœchiométriques des processus de déshydratation des sels.
- Mécanismes de l'efflorescence naturelle des cristaux à l'air sec.
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