Hidratación (hidratos químicos)

Cómo se forman los hidratos y su estructura

Los hidratos se forman cuando las moléculas de agua se coordinan con iones u ocupan posiciones fijas en una red cristalina. En muchas sales iónicas, el agua queda unida por enlaces de hidrógeno o por enlaces coordinados a centros metálicos, y estas moléculas de agua pueden ser parte esencial del empaquetamiento cristalino del sólido. El número de moléculas de agua unidas por unidad de fórmula se llama número de hidratación; a menudo se refleja en el nombre del compuesto (por ejemplo, pentahidrato indica cinco moléculas de agua). La hidratación puede ser reversible: el calentamiento o el secado pueden eliminar el agua (deshidratación), y la exposición a la humedad puede restaurarla (rehidratación).

Convenciones de nomenclatura y prefijos comunes

Los hidratos suelen escribirse con un punto centrado: la fórmula CuSO4·5H2O denota sulfato de cobre(II) pentahidrato. Los prefijos numéricos griegos simples indican el número de moléculas de agua unidas. Entre los prefijos comunes usados en los nombres químicos se incluyen:

• mono- (1), di- (2), tri- (3), tetra- (4)
• penta- (5), hexa- (6), hepta- (7), octa- (8)
• nona- (9), deca- (10)

Propiedades y ejemplos ilustrativos

La hidratación a menudo produce cambios fácilmente observables. Por ejemplo, el cloruro de estaño(IV) anhidro es un líquido mientras que su pentahidrato es un sólido; compare las imágenes de ambas formas para ver este contraste. Cloruro de estaño(IV) ilustra cómo el agua añadida altera el estado físico. Del mismo modo, son comunes las diferencias de color: el sulfato de cobre(II) anhidro es pálido o blanco, mientras que el pentahidrato es de un azul intenso; el cloruro de cobalto(II) anhidro suele ser azul y su hexahidrato es rosa o rojo, una propiedad aprovechada en indicadores de humedad y desecantes. Ejemplos de estos cambios se muestran abajo y en materiales de demostración de laboratorio.

Usos prácticos e importancia

Los hidratos son importantes en la industria, los laboratorios y los productos de uso cotidiano. Los desecantes y los indicadores de humedad usan la hidratación reversible para señalar la humedad. Muchos productos farmacéuticos se aíslan como hidratos porque el agua puede afectar la estabilidad, la velocidad de disolución y la biodisponibilidad. Las entalpías de hidratación influyen en la solubilidad y en la energía de reacción, por lo que los químicos controlan el estado de hidratación durante la síntesis, el almacenamiento y el análisis. En ciencia de materiales, la presencia o la ausencia de agua puede determinar las propiedades mecánicas y térmicas de los sólidos.

Manipulación, análisis y distinciones notables

La identificación del contenido de agua de un hidrato suele realizarse mediante métodos termogravimétricos o por calentamiento simple y mediciones de pérdida de masa. No toda el agua unida se comporta de la misma manera: algunas moléculas de agua están fuertemente coordinadas a un centro metálico y requieren condiciones más intensas para eliminarse, mientras que otras están retenidas con menor fuerza en la red cristalina. En contraste con la hidratación en los hidratos químicos, la palabra hidratación también se usa en biología para referirse a la absorción de agua por los tejidos; en este artículo el enfoque es el significado químico. Entre los ejemplos de sales que cambian de color o de estado con la hidratación se incluyen cloruro de cobalto(II) y cloruro de cobre(II). Observar ejemplos como las sales de cobre y cobalto anhidras frente a hidratadas es una forma sencilla de entender los efectos prácticos de la hidratación.