Eau de cristallisation

Dans les formules moléculaires, l'eau de cristallisation peut être notée de diverses façons :

• « composé hydraté⋅nH₂O » ou « composé hydraté×nH₂O »

cette notation est utilisée quand le composé contient seulement de l'« eau de grille » ou que la structure cristalline est indéterminée. Par exemple, le chlorure de calcium : CaCl₂·2H₂O ;

• « composé hydraté(H₂O)_n »

cette notation est utilisée pour les composés formant un complexe avec l'eau. Par exemple, le chlorure de zinc : ZnCl₂(H₂O)₄ ;

• les deux notations peuvent également être combinées, comme pour le sulfate de cuivre(II) : [Cu(H₂O)₄]SO₄·H₂O.

Un sel avec de l'eau de cristallisation associée est connu sous le nom d'« hydrate ». La structure des hydrates peut être assez élaborée à cause de l'existence de liaisons hydrogène définissant une structure polymère[3] - [4]. Historiquement, la structure de nombreux hydrates était inconnue, et la notation avec point dans la formule de l'hydrate était utilisée pour préciser la composition sans indiquer comment l'eau était liée. Par exemple :

• CuSO₄•5H₂O - sulfate de cuivre(II) pentahydraté ;
• CoCl₂•6H₂O - chlorure de cobalt(II) hexahydraté ;
• SnCl₂•2H₂O - chlorure d'étain(II) dihydraté.

Pour beaucoup de sels, la nature exacte de la liaison importe peu car les molécules d'eau sont labilisées dans le cas d'une dissolution. Par exemple, une solution préparée à partir de CuSO₄•5H₂O et une solution préparée à partir de CuSO₄ se comportent de la même façon. Ainsi, connaître le degré d'hydratation importe uniquement pour déterminer l'équivalent : une mole de CuSO₄•5H₂O pèse plus qu'une mole de CuSO₄. Dans certains cas, le degré d'hydratation peut être déterminant pour les propriétés chimiques associées au composé. Par exemple, le chlorure de rhodium(III) (RhCl₃) anhydre n'est pas soluble dans l'eau, et est relativement inutile en chimie organométallique, alors que le composé trihydraté (RhCl₃•3H₂O) est lui utile dans de nombreux cas. De façon similaire, le AlCl₃ hydraté est un faible acide de Lewis et est donc inactif comme catalyseur pour les réactions de Friedel-Crafts. Les échantillons de AlCl₃ doivent donc être protégés de l'humidité de l'air pour empêcher la formation d'hydrates.

Les cristaux de sulfate de cuivre(II) hydratés consistent en centres de [Cu(H₂O)₅]²⁺ liés à des ions SO₄²⁻. Le cuivre est entouré par six atomes d'oxygène fournis par deux groupes sulfate et quatre molécules d'eau. Une cinquième molécule d'eau est aussi présente dans la structure mais ne se lie pas directement au cuivre. L'iodure de cobalt, lui, consiste en des centres de [Co(H₂O)₆]²⁺ liés à des ions I⁻. Dans le chlorure d'étain, chaque centre Sn(II) est pyramidal (c'est-à-dire que l'angle O/Cl-Sn-O/Cl est de 83°), lié à deux ions chlorure et à une molécule d'eau. La seconde molécule d'eau est liée par liaison hydrogène à un chlorure et à la molécule d'eau complexée.

Pour le chlorure de nickel(II) hexahydraté (NiCl₂(H₂O)₆), les analyses cristallographiques révèlent que le solide consiste en des sous-unités de [trans-NiCl₂(H₂O)₄] liées entre elles par liaisons hydrogène ainsi qu'à deux molécules d'eau. Ainsi, 1/3 des molécules du cristal n'est pas lié directement aux ions Ni²⁺ et peut être qualifié d'« eau de cristallisation ».

L'eau de cristallisation est stabilisée par attractions électrostatiques, ainsi les hydrates sont communs pour les sels contenant des cations +2 et +3 et des anions -2. Dans certains cas, l'eau devient le principal contributeur de la masse du composé. Le sel de Glauber, Na₂SO₄(H₂O)₁₀, est un solide cristallin blanc dont plus de 50 % de la masse est celle de l'eau.

• Hydrate