[科普中國]-結(jié)晶水

基本解釋

在礦物晶格中占有確定位置的中性水分子H2O；水分子的數(shù)量與該化合物中其他組分之間有一定的比例。如石膏Ca(SO4)·2H2O、膽礬Cu(SO4)·5H2O、蘇打Na2(CO3)·10H2O，分別表示其中含有2、5、10分子的結(jié)晶水。由于在不同的礦物的晶格中，水分子結(jié)合的緊密程度不同，因此結(jié)晶水脫離晶格所需的溫度也就不同，但一般不超過600℃，通常為100～200℃。當(dāng)結(jié)晶水逸出時(shí)，原礦物晶格便被破壞；其他原子可重新組合，形成另一種化合物。

命名法在分子式中結(jié)晶水可以由不同的方式來表示：

“化合物·nH2O”或“化合物×nH2O”

這種表示法一般用于只存在晶格水或晶體結(jié)構(gòu)尚未確定的情況下。例如氯化鈣：CaCl2·2H2O

“化合物n(H2O)”

水合物與配合的水。例如氯化鋅：ZnCl2**(**H2O)4

兩種表示法組合：例如硫酸銅：[Cu**(H2O)4**]SO4**·H2O**

晶體結(jié)構(gòu)中的位置鹽與相應(yīng)的結(jié)晶水組成水合物。由于氫鍵的存在，晶體結(jié)構(gòu)中存在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使得水合物的結(jié)構(gòu)可能非常復(fù)雜12 。歷史上，很多水合物的結(jié)構(gòu)都是未知的，并且表示法中“·”的使用僅僅表示了特定的組成而沒有指明晶體中水分子與化合物之間的結(jié)合方式。例如：

CuSO4·5H2O - 五水硫酸銅 copper(II) sulfate pentahydrate

CoCl2·6H2O - 六水氯化鈷 cobalt(II) chloride hexahydrate

SnCl2·2H2O - 二水氯化亞錫 tin(II) (or stannous) chloride dihydrate

對于許多鹽來說，水與其結(jié)合的方式是不重要的，因?yàn)樵谌芙膺^程中水分子非常的不穩(wěn)定。例如CuSO4·5H2O與CuSO4的水溶液表現(xiàn)出相同的理化性質(zhì)。根據(jù)水合度，人們能夠?qū)ξ镔|(zhì)當(dāng)量進(jìn)行比較：1mol CuSO4·5H2O比1mol CuSO4重。但是，在某些情況下，水合度卻對物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生影響。例如無水RhCl3不溶于水，并且在有機(jī)金屬化學(xué)中應(yīng)用較少，相對地，RhCl3·3H2O則更有通用性。與之類似，水合的AlCl3是一種較弱的路易斯酸，因此在FriedelCrafts反應(yīng)中沒有催化活性。所以，在保存無水的AlCl3時(shí)必須將其密封，與大氣中的水分子隔絕。

上述水合硫酸銅的晶體由[Cu(H2O)4]2+中心和與之相連的SO42-離子組成。2個(gè)硫酸根和4分子水提供了6個(gè)氧原子，將中心的銅原子包圍。第五個(gè)水位于晶體結(jié)構(gòu)的其他地方，但不直接與銅鍵合 3。上述氯化鈷離子結(jié)構(gòu)為[Co(H2O)6]2+和Cl- 。在氯化錫中，每個(gè)Sn中心是金字塔形的，O/Cl-Sn-O/Cl的平均鍵角為83°，Sn與兩個(gè)Cl-離子和一個(gè)水結(jié)合。結(jié)晶水因靜電力而穩(wěn)定存在，因此水合物在含有+2和+3價(jià)陽離子以及-2價(jià)陰離子的鹽中比較常見。在某些情況下，化合物重量增加主要來自于水。例如，芒硝Na2SO4(H2O)10是一種白色結(jié)晶固體，其中水的重量大于50%。

分析方法大多數(shù)化合物的含水量可以用其公式來確定。 通過熱重分析（TGA）來確定未知樣品，在加熱過程中，樣品中水分會脫離化合物，最先蒸發(fā)出來的是與化合物靠分子間作用力相連的游離水，之后蒸發(fā)的是鍵合更強(qiáng)的結(jié)晶水。根據(jù)加熱溫度和物質(zhì)質(zhì)量作圖，可以獲得蒸發(fā)出的水分質(zhì)量。 然后將脫離的水的量除以水的摩爾質(zhì)量，以獲得與鹽結(jié)合的水分子數(shù)。

無機(jī)鹵化物中的結(jié)晶水下表列出每種鹽類中水分子的數(shù)目45。

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結(jié)晶水合物許多物質(zhì)從水溶液里析出晶體時(shí)，晶體里常含有一定數(shù)目的水分子，這樣的水分子叫做結(jié)晶水。含有結(jié)晶水的物質(zhì)叫做結(jié)晶水合物。 水合物含一定量水分子的固體化合物。水合物中的水是以確定的量存在的，例如五水硫酸銅CuSO?的水合物的組成為CuSO?·5H?O。