Sales hidratadas y sales complejas
En los viñedos de Tarija se rocía un fungicida de cristales azules intensos: el sulfato de cobre. En el laboratorio del colegio, si calientas esos cristales en un crisol, se vuelven un polvo blanco grisáceo y sale vapor. Si luego les echas unas gotas de agua, vuelven a ponerse azules. ¿Qué había dentro del cristal que salió con el calor? ¿Y qué significa el punto que aparece en la fórmula $\mathrm{CuSO_4\cdot 5H_2O}$?
Sales hidratadas: el agua dentro del cristal
Algunas sales, al cristalizar desde una solución, atrapan moléculas de agua dentro de su red de cristal. Esas moléculas no están mojando el cristal por fuera: forman parte de su estructura, en una proporción fija.
Hay dos cosas que debes tener claras sobre el punto de la fórmula:
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El punto $\cdot$ no es una multiplicación. Significa «unido a», «acompañado de».
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El número delante del agua (el $5$ de $5\mathrm{H_2O}$) afecta solo a la molécula de agua: son 5 moléculas de $\mathrm{H_2O}$ por cada unidad de $\mathrm{CuSO_4}$.
Al calentar, el agua de cristalización se evapora y queda la sal anhidra («sin agua»). Por eso el cristal azul se vuelve blanco: el $\mathrm{CuSO_4}$ anhidro es blanco grisáceo. Al volver a recibir agua, se rehidrata y recupera el color azul.
$$\mathrm{CuSO_4\cdot 5H_2O} \xrightarrow{\ \text{calor}\ } \mathrm{CuSO_4} + 5\,\mathrm{H_2O}$$Un ejemplo muy cercano es el yeso de la construcción: $\mathrm{CaSO_4\cdot 2H_2O}$.
Explica con tus palabras qué es una sal hidratada y qué se entiende por agua de cristalización. Luego escribe la fórmula del sulfato de calcio dihidratado (el yeso,…
Explica con tus palabras qué es una sal hidratada y qué se entiende por agua de cristalización. Luego escribe la fórmula del sulfato de calcio dihidratado (el yeso, usado en la construcción).
Nombrar y formular sales hidratadas
Para nombrar un hidrato, se nombra primero la sal como siempre (tradicional o Stock) y se añade al final «…hidratado» con un prefijo que indica cuántas moléculas de agua hay.
| $n$ | Prefijo | Ejemplo |
|---|---|---|
| 1 | mono | $\mathrm{CaSO_4\cdot H_2O}$: sulfato de calcio monohidratado |
| 2 | di | $\mathrm{CaSO_4\cdot 2H_2O}$: sulfato de calcio dihidratado (yeso) |
| 3 | tri | $\mathrm{CaCl_2\cdot 3H_2O}$: cloruro de calcio trihidratado |
| 5 | penta | $\mathrm{CuSO_4\cdot 5H_2O}$: sulfato de cobre(II) pentahidratado |
| 7 | hepta | $\mathrm{MgSO_4\cdot 7H_2O}$: sulfato de magnesio heptahidratado |
| 10 | deca | $\mathrm{Na_2CO_3\cdot 10H_2O}$: carbonato de sodio decahidratado |
La fórmula del sulfato de cobre(II) hidratado es $\mathrm{CuSO_4\cdot 5H_2O}$. Indica cuántas moléculas de agua acompañan a cada unidad de $\mathrm{CuSO_4}$ y escribe su…
La fórmula del sulfato de cobre(II) hidratado es $\mathrm{CuSO_4\cdot 5H_2O}$. Indica cuántas moléculas de agua acompañan a cada unidad de $\mathrm{CuSO_4}$ y escribe su nombre usando el prefijo que corresponde (por ejemplo, «...hidratado»). Explica qué significa el punto en la fórmula.
Masa molar y porcentaje de agua
Como el agua forma parte de la fórmula, cuenta en la masa molar del hidrato. Para calcularla:
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Calcula la masa molar de la sal anhidra.
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Calcula la masa de las $n$ moléculas de agua ($\mathrm{H_2O} = 18\ \mathrm{g/mol}$).
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Súmalas.
El porcentaje de agua dice qué parte de la masa del cristal es agua:
$$\%\ \mathrm{H_2O} = \frac{n \cdot M(\mathrm{H_2O})}{M(\text{hidrato})}\cdot 100$$Calcula la masa molar del $\mathrm{CuSO_4\cdot 5H_2O}$ y el porcentaje en masa de agua que contiene. Usa estas masas atómicas: Cu = 63,5; S = 32; O = 16; H = 1. Escribe…
Calcula la masa molar del $\mathrm{CuSO_4\cdot 5H_2O}$ y el porcentaje en masa de agua que contiene. Usa estas masas atómicas: Cu = 63,5; S = 32; O = 16; H = 1. Escribe los pasos del cálculo.
Hallar n en el laboratorio
En la práctica de laboratorio no conoces $n$: lo descubres pesando. Se pesa el hidrato, se calienta hasta que se evapore toda el agua y se vuelve a pesar. La masa que se pierde es el agua.
Después se pasa todo a moles: moles de agua y moles de sal anhidra. El valor de $n$ es la razón entre ambos:
$$n = \frac{\text{mol de agua}}{\text{mol de sal anhidra}}$$Se calienta hasta masa constante: cuando al calentar un rato más y volver a pesar la masa ya no baja, sabemos que no queda agua. Si se parase antes, quedaría agua en el cristal y $n$ saldría más pequeño de lo real.
En una práctica de laboratorio se calientan $12{,}5\ \mathrm{g}$ de sulfato de cobre(II) hidratado hasta que toda el agua se evapora y quedan $8{,}0\ \mathrm{g}$ de sal…
En una práctica de laboratorio se calientan $12{,}5\ \mathrm{g}$ de sulfato de cobre(II) hidratado hasta que toda el agua se evapora y quedan $8{,}0\ \mathrm{g}$ de sal anhidra $\mathrm{CuSO_4}$. Calcula la masa de agua perdida y determina el valor de $n$ en la fórmula $\mathrm{CuSO_4\cdot nH_2O}$. Usa: Cu = 63,5; S = 32; O = 16; H = 1.
La sal de Epsom es un sulfato de magnesio hidratado, $\mathrm{MgSO_4\cdot nH_2O}$. Una muestra de $24{,}6\ \mathrm{g}$ se calienta hasta masa constante y pierde…
La sal de Epsom es un sulfato de magnesio hidratado, $\mathrm{MgSO_4\cdot nH_2O}$. Una muestra de $24{,}6\ \mathrm{g}$ se calienta hasta masa constante y pierde $12{,}6\ \mathrm{g}$ de agua. Determina el valor de $n$, escribe la fórmula y el nombre de la sal hidratada y calcula su porcentaje de agua. Explica además por qué hay que calentar hasta que la masa ya no cambie. Usa: Mg = 24; S = 32; O = 16; H = 1.
Sales complejas: un ion con ligandos
Hay sales cuyo anión (o catión) no es un ion sencillo, sino un grupo formado por un ion metálico central rodeado de otras partículas llamadas ligandos. Ese grupo se escribe entre corchetes y se llama ion complejo.
Para $\mathrm{K_3[Fe(CN)_6]}$ identificamos cada parte:
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Ion complejo: $\mathrm{[Fe(CN)_6]^{3-}}$, todo lo que va entre corchetes.
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Ion central: el hierro, $\mathrm{Fe}$.
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Ligandos: seis $\mathrm{CN^-}$ (el subíndice $6$ está fuera del paréntesis, dentro del corchete).
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Catión exterior: $\mathrm{K^+}$, tres de ellos.
La carga del ion complejo se obtiene de la neutralidad de la sal: las cargas de los $\mathrm{K^+}$ exteriores deben compensar la del ion complejo. Aquí $3\cdot(+1) = +3$, así que el ion complejo es $3-$.
La valencia del metal central sale de que la suma de cargas del ion complejo es su carga total:
$$\text{carga del metal} + (\text{n.º de ligandos})\cdot(\text{carga de cada ligando}) = \text{carga del ion}$$Para $\mathrm{[Fe(CN)_6]^{3-}}$: $x + 6\cdot(-1) = -3 \Rightarrow x = +3$. El hierro es hierro(III).
Algunos ligandos frecuentes: $\mathrm{NH_3}$ se nombra «amin» (neutro) y $\mathrm{CN^-}$ se nombra «ciano». Cuando el ion complejo es el catión, como en $\mathrm{[Cu(NH_3)_4]SO_4}$, el metal conserva su nombre: el ion complejo $\mathrm{[Cu(NH_3)_4]^{2+}}$ es el «tetraamincobre(II)», y la sal es el sulfato de tetraamincobre(II). Aquí solo se pide reconocer la estructura y deducir cargas; la nomenclatura completa de complejos queda para cursos posteriores.
La sal $\mathrm{K_3[Fe(CN)6]}$ es una sal compleja. Identifica en la fórmula el ion complejo, los ligandos y el catión exterior a los corchetes. Indica la carga total…
La sal $\mathrm{K_3[Fe(CN)_6]}$ es una sal compleja. Identifica en la fórmula el ion complejo, los ligandos y el catión exterior a los corchetes. Indica la carga total del ion complejo.
Se tienen dos sales complejas: $\mathrm{[Cu(NH_3)4]SO_4}$ y $\mathrm{K_4[Fe(CN)6]}$. Para cada una, determina el estado de oxidación del metal central (el…
Se tienen dos sales complejas: $\mathrm{[Cu(NH_3)_4]SO_4}$ y $\mathrm{K_4[Fe(CN)_6]}$. Para cada una, determina el estado de oxidación del metal central (el $\mathrm{NH_3}$ es neutro y el $\mathrm{CN^-}$ tiene carga $1-$), escribe la carga del ion complejo y nómbrala. Explica cómo comprobaste que las cargas se compensan.
Agua de hidratación frente a ligandos
Las sales hidratadas y las complejas se parecen a primera vista (las dos «llevan algo más» además de la sal), pero son cosas distintas. Si a una solución de $\mathrm{CuSO_4\cdot 5H_2O}$ le añades amoníaco en exceso, el color azul claro pasa a un azul oscuro intenso: se forma el complejo.
$$\mathrm{CuSO_4\cdot 5H_2O} + 4\,\mathrm{NH_3} \rightarrow \mathrm{[Cu(NH_3)_4]SO_4} + 5\,\mathrm{H_2O}$$| Sal hidratada | Sal compleja | |
|---|---|---|
| Ejemplo | $\mathrm{CuSO_4\cdot 5H_2O}$ | $\mathrm{[Cu(NH_3)_4]SO_4}$ |
| Dónde va lo «extra» | Después del punto, fuera de la sal | Dentro del corchete, junto al metal |
| Qué es lo «extra» | Moléculas de $\mathrm{H_2O}$ en la red del cristal | Ligandos unidos directamente al ion metálico |
| Al calentar | Se pierde el agua y queda la sal anhidra | El ion complejo es una unidad estable que se conserva |
| Papel | Agua de cristalización: ocupa espacio en el cristal | Forman el ion complejo con carga propia |
| Nombre | «…hidratado» con prefijo | Prefijo del ligando + metal con su valencia |
Al disolver sulfato de cobre(II) pentahidratado en agua y añadir amoníaco en exceso, se forma la sal compleja $\mathrm{[Cu(NH_3)4]SO_4}$. Escribe la fórmula y el nombre…
Al disolver sulfato de cobre(II) pentahidratado en agua y añadir amoníaco en exceso, se forma la sal compleja $\mathrm{[Cu(NH_3)_4]SO_4}$. Escribe la fórmula y el nombre de ambas sales. Argumenta la diferencia entre el agua de hidratación del primer compuesto y los ligandos $\mathrm{NH_3}$ del segundo: dónde se escriben en la fórmula, qué papel cumplen y cómo se distinguen. Calcula también el porcentaje de agua en el $\mathrm{CuSO_4\cdot 5H_2O}$ (Cu = 63,5; S = 32; O = 16; H = 1).
Vuelve al principio: los cristales azules del fungicida son $\mathrm{CuSO_4\cdot 5H_2O}$. Al calentarlos se evaporan las cinco moléculas de agua de cristalización y queda $\mathrm{CuSO_4}$ blanco grisáceo; al añadir agua, el cristal se rehidrata y recupera el azul. El punto de la fórmula significa «unido a», no «multiplicado por».
Resumen
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Una sal hidratada lleva agua de cristalización en proporción fija: $\mathrm{sal\cdot nH_2O}$. El punto significa «unido a», no multiplicación.
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Se nombra la sal y se añade «…hidratado» con prefijo (mono, di, tri, penta, hepta, deca…). Ejemplos: yeso $\mathrm{CaSO_4\cdot 2H_2O}$ y sulfato de cobre pentahidratado $\mathrm{CuSO_4\cdot 5H_2O}$.
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Masa molar del hidrato = masa de la sal + $n\cdot 18$. El porcentaje de agua es $n\cdot 18 / M(\text{hidrato}) \cdot 100$; para el $\mathrm{CuSO_4\cdot 5H_2O}$ es $90/249{,}5 \approx 36{,}1\ \%$.
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Para hallar $n$: calienta hasta masa constante, calcula la masa de agua perdida y pásala a moles; $n$ = mol de agua / mol de sal anhidra.
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En una sal compleja el ion central y los ligandos van entre corchetes; fuera va el ion de carga contraria. La valencia del metal sale de: metal + cargas de los ligandos = carga del ion complejo.