Principais propriedades e perda de água
O comportamento dos hidratos cristalinos é determinado em grande parte pela firmeza com que as moléculas de água são retidas em sua estrutura. Existem duas maneiras principais de perder essa umidade:
- Eflorescência. Este é um processo espontâneo no qual a substância perde água de cristalização simplesmente por estar em ar seco. O aquecimento adicional não é necessário para isso.
- Tratamento térmico. Ao aquecer, a maioria dos hidratos se decompõe, transformando-se em sais anidros comuns. No entanto, em alguns casos, a água está ligada de forma tão forte que são necessárias condições extremas. Por exemplo, o composto $CaCl_2 \cdot 6H_2O$ libera toda a sua umidade apenas quando atinge uma temperatura de $300^\circ \text{C}$.
É exatamente devido à capacidade de ligar fortemente a água que os sais anidros obtidos (como o cloreto de cálcio $CaCl_2$) são ativamente utilizados na química como dessecantes confiáveis para secar outras substâncias.
Curiosamente, a composição do cristal resultante é formada ainda na etapa de cristalização e depende diretamente do regime de temperatura. Um exemplo clássico é o carbonato de sódio:
- Se a temperatura da solução estiver abaixo de $32^\circ \text{C}$, forma-se um cristal com dez moléculas de água — $Na_2CO_3 \cdot 10H_2O$.
- Se o processo ocorrer a uma temperatura acima de $32^\circ \text{C}$, forma-se um composto com apenas uma molécula de água — $Na_2CO_3 \cdot H_2O$.
Determinação da fórmula (cálculo com exemplo)
Para determinar a fórmula química exata, os químicos medem a perda de massa da substância após a secagem completa. Vamos analisar isso em um problema clássico com carbonato de sódio.
Dado: A partir de uma solução a 40%, foram isolados cristais com massa de $14,3$ g. Em seguida, eles foram secos em um dessecador sobre óxido de fósforo ($P_2O_5$) até massa constante. Como resultado, restou um pó anidro com massa de $5,3$ g.
O processo é descrito por um esquema simples de desidratação: $Na_2CO_3 \cdot xH_2O \rightarrow Na_2CO_3 + xH_2O$
Para o cálculo, precisaremos das massas molares: $M(Na_2CO_3) = 106$ g/mol e $M(H_2O) = 18$ g/mol. A massa de água evaporada será a diferença entre a massa inicial e a final: $14,3$ g $-$ $5,3$ g $=$ $9,0$ g.
Resolução: Usamos a regra estequiométrica. A razão entre a massa da substância úmida inicial e sua massa molar total é igualada à razão entre a massa da água evaporada e a massa molar dessa água (obrigatoriamente levando em conta o coeficiente desconhecido $x$).
A equação fica assim: $14,3 / (106 + 18x) = 9,0 / 18x$
Resolvendo essa proporção matemática, descobrimos que $x = 10$. Conclusão: A fórmula procurada da substância estudada é $Na_2CO_3 \cdot 10H_2O$.
Nomenclatura
Os nomes dos hidratos cristalinos são construídos segundo uma lógica rigorosa, mas simples. O esquema de nomenclatura é: [numeral grego] + "hidrato" + [nome do sal].
Abaixo está uma tabela dos principais prefixos e seus respectivos exemplos:
| Número de moléculas | Prefixo | Exemplo de fórmula | Nome |
|---|---|---|---|
| 1 | Mono- | $LiCl \cdot H_2O$ | Monohidrato de cloreto de lítio |
| 2 | Di- | $CaSO_4 \cdot 2H_2O$ | Dihidrato de sulfato de cálcio |
| 3 | Tri- | $CH_3COONa \cdot 3H_2O$ | Trihidrato de acetato de sódio |
| 4 | Tetra- | $CaBr_2 \cdot 4H_2O$ | Tetrahidrato de brometo de cálcio |
| 5 | Penta- | $Na_2S_2O_3 \cdot 5H_2O$ | Pentahidrato de tiossulfato de sódio |
| 6 | Hexa- | $AlCl_3 \cdot 6H_2O$ | Hexahidrato de cloreto de alumínio |
| 7 | Hepta- | $FeSO_4 \cdot 7H_2O$ | Heptahidrato de sulfato de ferro(II) |
| 8 | Octa- | $MgI_2 \cdot 8H_2O$ | Octahidrato de iodeto de magnésio |
| 9 | Nona- | $Al(NO_3)_3 \cdot 9H_2O$ | Nonahidrato de nitrato de alumínio |
| 10 | Deca- | $Na_2SO_4 \cdot 10H_2O$ | Decahidrato de sulfato de sódio |
| 12 | Dodeca- | $KAl(SO_4)_2 \cdot 12H_2O$ | Dodecahidrato de sulfato de potássio e alumínio |
Questões de aulas e exames
Qual é a diferença entre o tratamento térmico e o intemperismo?
Eflorescência é a perda de água em ambiente de ar seco sem aquecimento. O tratamento térmico implica o aumento intencional da temperatura, o que é necessário para romper ligações fortes com a água (como no caso do cloreto de cálcio hexahidratado, que exige 300 graus).
Por que um mesmo sal pode ter diferentes formas hidratadas?
O número de moléculas de água incorporadas na estrutura do cristal depende das condições de temperatura no momento da cristalização. Por exemplo, o carbonato de sódio forma um decahidrato em baixas temperaturas e um monohidrato em temperaturas acima de 32 graus.
Como a massa molar de um hidrato desconhecido é calculada?
Ela é composta pela massa molar do próprio sal e pela massa molar da água multiplicada pelo coeficiente desconhecido 'x' (por exemplo, 106 + 18x). Esse coeficiente é então encontrado por meio de uma proporção baseada na perda de massa.
O que mais estudar sobre o tema
- Dependência da composição dos hidratos cristalinos em relação às condições de temperatura da cristalização.
- Uso de cloreto de cálcio anidro como dessecante de laboratório.
- Cálculos estequiométricos de processos de desidratação de sais.
- Mecanismos de eflorescência natural de cristais em ar seco.
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