Kort svar: Kristallvatten är vattenmolekyler som är inbyggda i ett salts kristallstruktur. Ett salt med kristallvatten kallas hydrat. Järnvitriol är heptahydratet av järn(II)sulfat, FeSO4·7H2O, med sju vattenmolekyler per formelenhet. Det finns också ett tetrahydrat med fyra, ett monohydrat med ett och ett vattenfritt järnsulfat utan kristallvatten. Formerna är samma ämne kemiskt, men de skiljer sig i utseende, vikt och järnhalt. Nästan hälften av vikten i en järnvitriolkristall är vatten.
Vad är kristallvatten?
När ett salt kristalliserar ur en vattenlösning kan vattenmolekyler bli en del av själva kristallen. De är inte fukt som ligger på ytan, och de rinner inte ut om man krossar kristallen. De sitter på bestämda platser i kristallgittret och finns i ett bestämt antal per formelenhet.
I järnvitriol omges varje järnjon av sex vattenmolekyler som sitter tätt runt den. Den sjunde vattenmolekylen sitter lite längre bort och håller ihop strukturen genom vätebindningar till sulfatjonerna. Det är de vattenmolekyler som omger järnjonen som ger kristallerna deras typiska blekgröna färg, eftersom färgen hos en metalljon beror på vad som sitter runt den.
Punkten i formeln FeSO4·7H2O betyder ungefär “tillsammans med”. Den visar att sju vattenmolekyler hör till varje FeSO4.
Formerna av järnsulfat
| Form | Formel | Utseende | Mineralnamn |
|---|---|---|---|
| Heptahydrat | FeSO4·7H2O | Ljust blågröna kristaller | Melanterit |
| Tetrahydrat | FeSO4·4H2O | Ljusgröna kristaller | Rozenit |
| Monohydrat | FeSO4·H2O | Ljusgrått till gräddvitt pulver | Szomolnokit |
| Vattenfritt | FeSO4 | Vitt pulver | Finns sällan i naturen |
Heptahydratet är det vi kallar järnvitriol och det som oftast säljs till privatpersoner. Monohydratet är vanligt i industrin och i vissa produkter, eftersom det innehåller mer järn per kilo och är billigare att frakta. Tetrahydratet och det vattenfria järnsulfatet möter man sällan utanför laboratorier.
Räkna på kristallvattnet
Det går att räkna ut hur mycket av kristallen som är vatten med hjälp av atommassorna. Avrundat är de:
- järn (Fe): 55,8
- svavel (S): 32,1
- syre (O): 16,0
- väte (H): 1,0
Ett FeSO4 väger då 55,8 + 32,1 + 4 × 16,0, alltså ungefär 152. Sju vattenmolekyler väger 7 × 18,0, alltså ungefär 126. Tillsammans blir det omkring 278 gram per mol för heptahydratet.
Det ger några intressanta andelar:
- Vatten: 126 av 278, ungefär 45 procent av vikten.
- Järn: 55,8 av 278, ungefär 20 procent av vikten.
För monohydratet blir molmassan i stället ungefär 152 + 18, alltså omkring 170. Järnet står då för ungefär 33 procent av vikten. Det är förklaringen till att ett kilo monohydrat innehåller betydligt mer järn än ett kilo järnvitriolkristaller, något som är viktigt att känna till om man jämför produkter. Formerna beskrivs också kort i järnvitriol förklarat.
Vittring: när kristallvattnet försvinner
Hydrater är inte alltid stabila. I torr och varm luft kan järnvitriol långsamt avge en del av sitt kristallvatten. Ytan på kristallerna blir då vitaktig och pulvrig. Det kallas vittring, och det som bildas är former med färre vattenmolekyler.
Det omvända kan också hända. Monohydrat och vattenfritt järnsulfat drar gärna åt sig fukt ur luften. Ett pulver som får stå i fuktig luft kan därför klumpa sig.
Vilket hydrat som är stabilt beror på temperatur och luftfuktighet. Det påverkar också hur ämnet beter sig i vatten. Vid högre temperatur är det en annan form som fälls ut ur en mättad lösning än vid rumstemperatur, vilket vi går igenom i artikeln om lösligheten hos järnvitriol.
Uppvärmning: från grönt till vitt till rött
Om man värmer järnvitriol händer saker i flera steg. Det här beskriver vi för att förstå kemin, inte som ett försök att göra hemma.
- Måttlig värme. Kristallerna smälter i sitt eget kristallvatten och börjar avge ånga. De gröna kristallerna övergår till former med mindre vatten.
- Högre värme. Allt eller nästan allt kristallvatten försvinner, och kvar blir ett vitt eller gråvitt pulver av vattenfritt järnsulfat.
- Mycket hög värme. Järnsulfatet sönderdelas. Det bildas frätande svaveloxider och ett rött pulver av järnoxid.
Det tredje steget var grunden för den gamla framställningen av vitriololja, alltså svavelsyra, och för det röda pigment som blev kvar. Det kan du läsa mer om i artikeln om vitriolens historia. Gaserna som bildas är skadliga att andas in, och upphettning av järnvitriol ska inte göras hemma.
Hydrater finns överallt
Järnvitriol är långt ifrån det enda hydratet. Många välkända salter innehåller kristallvatten:
- Kopparvitriol, kopparsulfat, är blått som pentahydrat med fem vattenmolekyler men vitt utan kristallvatten.
- Gips är kalciumsulfat med två vattenmolekyler. När gips bränns försvinner en del av vattnet, och när det blandas med vatten igen hårdnar det.
- Kristallsoda är natriumkarbonat med tio vattenmolekyler.
- Glaubersalt är natriumsulfat med tio vattenmolekyler.
Kopparsulfatet är ett tydligt exempel på hur färg och kristallvatten hänger ihop. Hos järnvitriol är skillnaden inte lika dramatisk, men även där blir det vattenfria pulvret betydligt ljusare än de gröna kristallerna.
Kristallvatten och oxidation är olika saker
Två saker händer ofta samtidigt med gamla kristaller, och det är lätt att blanda ihop dem:
- Vit yta betyder att kristallvatten har avgått.
- Gul eller brun yta betyder att järnet har oxiderat från järn(II) till järn(III).
Den första är en förändring av hydratet, den andra en kemisk reaktion med syre. Den bruna färgen förklarar vi närmare i artikeln om varför järnvitriol blir gul eller brun.
Så behåller kristallerna sitt vatten
Förvara järnvitriol i en tät burk av plast eller glas, på en sval plats utan stora växlingar i temperatur och luftfuktighet. Då behåller kristallerna både sitt kristallvatten och sin gröna färg längre. Den som vill ha järnsulfat för egna studier kan hitta det hos Allt-Fraktfritt. Kontrollera på förpackningen vilken form det är, eftersom heptahydrat och monohydrat inte väger lika mycket per mängd järn.
Vanliga frågor om kristallvatten
Är kristallvatten samma sak som fukt?
Nej. Kristallvatten är en del av kristallens struktur och finns i ett bestämt antal per formelenhet.
Hur mycket vatten finns i järnvitriol?
Ungefär 45 procent av vikten är kristallvatten.
Varför innehåller monohydrat mer järn per kilo?
Det har sex vattenmolekyler mindre per formelenhet, så en större andel av vikten är järnsulfat.
Vad betyder punkten i FeSO4·7H2O?
Att sju vattenmolekyler hör till varje formelenhet järnsulfat i kristallen.
