Acqua di cristallizzazione
Alcuni composti richiedono molecole d’acqua per formare cristalli detta acqua di cristallizzazione. Pertanto l‘acqua di cristallizzazione è acqua legata chimicamente in una struttura cristallina
Generalmente se tali composti sono anidri non si trovavo, infatti, allo stato cristallino. Queste specie, denominate sali idrati, contengono un determinato numero di molecole di acqua all’interno del reticolo cristallino.
La formula generale di un sale idratato è MxNy · nH2O. Le molecole d’acqua all’interno dei cristalli di un idrato formano principalmente legami covalenti coordinati e legami a idrogeno con gli ioni metallici caricati positivamente del sale.
Un esempio di sale idrato è il solfato di rame (II) che può presentarsi anidro o pentaidrato CuSO4·5 H2O.
Vi sono poi composti che possono presentarsi con diversi gradi di idratazione come, ad esempio, il solfato di magnesio. Esso può essere anidro o, nella sua forma più comune eptaidrato MgSO4 · 7 H2O. Tuttavia può presentarsi mono, tetra, penta e esaidrato.
Termodinamica
Durante il riscaldamento, il sale idratato perde la sua acqua di cristallizzazione assorbendo una certa quantità di energia, chiamata entalpia di disidratazione. Durante il raffreddamento o l’esposizione all’atmosfera, le molecole d’acqua dell’ambiente circostante entrano a far parte dei cristalli di sale e rilasciano l’energia termica corrispondente all’entalpia di idratazione.
Da un punto di vista termodinamico i processi di disidratazione e idratazione sono analoghi alla fusione e al congelamento. Quando riscaldato, è un idrato è convertito nella sua forma anidra o in un idrato di sale con meno moli di acqua.
Ad esempio gesso si presenta nelle rocce sotto forma di solfato di calcio biidrato. A circa 130°C perde parte dell’ acqua di cristallizzazione trasformandosi in semiidrato:
CaSO4 · 2 H2O → CaSO4 · ½ + 3/2 H2O
Tra i 150 °C ed i 180 °C l’acqua di cristallizzazione è eliminata completamente ed inizia a formarsi l’anidrite solubile:
CaSO4 · ½ → CaSO4 + ½ H2O
Colore
In taluni casi i sali idrati hanno colori diversi rispetto a quelli anidri. Infatti i sali idratati perdono la loro forma e colore quando si perdono l’acqua di cristallizzazione e diventano particelle polverulente incolori.
Ad esempio il solfato di rame (II) pentaidrato è di colore blu mentre quello anidro è di colore bianco. La disidratazione dei cristalli di solfato di rame è un processo reversibile quindi l’aggiunta di acqua al solfato di rame anidro fa sì che diventi idrato e diventi blu, con conseguente produzione di solfato di rame idratato.
Questa proprietà del solfato di rame anidro è utilizzata per rilevare la presenza di umidità o acqua in un liquido. Alla polvere di solfato di rame anidro bianco si aggiungono alcune gocce del liquido da testare. La presenza di umidità o acqua nel solfato di rame anidro è indicata dall’aspetto del colore blu.
Un altro esempio è costituito dal solfato di ferro eptaidrato che è di colore verde mentre se è anidro assume una colorazione bruno-rossastra.
Acqua di cristallizzazione e congelamento
Il congelamento è uno dei metodi più popolari ed efficienti per la conservazione degli alimenti e consiste in tre fasi, ovvero raffreddamento del prodotto fino al suo punto di congelamento (fase di pre-raffreddamento o raffreddamento), rimozione del calore latente di cristallizzazione (fase di transizione di fase) e infine raffreddamento del prodotto fino alla temperatura di conservazione finale (fase di tempra).
La parte di transizione di fase del processo di congelamento comporta la conversione dell’acqua in ghiaccio attraverso il processo di cristallizzazione ed è il passaggio chiave che determina l’efficienza del processo e la qualità del prodotto congelato.
Sono state sviluppate diverse tecniche emergenti per migliorare la cristallizzazione dell’acqua durante il congelamento, tra cui il congelamento assistito da ultrasuoni, il congelamento ad alta pressione, le proteine di nucleazione del ghiaccio e la sostituzione della nucleazione.
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il 1 Maggio 2022