结晶水合物

结晶水是从溶液中结晶析出时晶体里结合着一定数目的水分子，这样的水分子叫结晶水，含有结晶水的物质，便叫做结晶水合物。[1]水合物含一定量水分子的固体化合物。水合物中的水是以确定的量存在的，例如五水硫酸铜CuSO₄的水合物的组成为CuSO₄·5H₂O。水合物中的水有几种不同的结合方式：一种是作为配体，配位在金属离子上，称为配位结晶水；另一种则结合在阴离子上，称为阴离子结晶水。由此可见，4个水分子是作为配体配位在铜离子上的，即Cu(H₂O)42+；另一个水分子则结合在硫酸根上。一个水分子通过氢键与硫酸根中的氧原子相连接的

基本介绍

许多无机盐类化合物都可以吸收环境中的水或水汽，形成带有结晶水的化合物(简称水合物)，一种无机盐分子能够与多少个水分子结合成水合物，这些水合物的稳定性如何，主要由其所在环境中水的蒸气压、温度及无机盐自身的组成结构等因素决定。

当无机盐的种类一定，温度一定时，结晶水的数目主要由环境中水的蒸气压所决定。例如，在25℃的恒温下，硫酸铜在水的蒸气压低于107Pa的环境下不会形成水合物。当环境中水的蒸气压达到107Pa时，开始形成一水合物，无水硫酸铜晶体与其一水合物的晶体共存。如果水的蒸气压略高于107Pa，只要有足够的时间，所有的无水硫酸铜晶体都将转变成它的一水合物；反之，若低于107Pa，则所有的一水合物都会失去其结晶水。显然化合物中的结晶水是与环境中的水汽处于动态平衡之中。

加大水的蒸气压，当达到747Pa时，开始形成带三个结晶水的水合物，这时硫酸铜的一水合物与三水合物平衡共存。继续增大水的蒸气压，一水合物将不再存在。当增大到1040Pa时开始出现五水合物，此时为五水合物与三水合物共存。当水的蒸气压高于1040Pa时，体系中只有五水合物一种晶体存在。

当温度升高时，水分子的动能增加，结晶水冲破晶格束缚的倾向增大，回到晶格中去的倾向减小，所以硫酸铜的结晶水数目就会减少。为了保持一定数目的结晶水，要求体系中水的蒸气压更高一些。由表2-6可以看出，为了保持硫酸铜以一水合物的状态存在，在25℃下只需要107～747Pa的水蒸气压，而在50℃时则需要600～4120Pa。反过来，如果想以生成结晶水的方法“吸收”掉体系中的水分，从而达到除水的目的，则温度越低越好。因为生成相同数目的结晶水，在较低温度下可使体系内水的蒸气压更低一些，即体系内残余的游离态水分子更少一些。

这不仅和阳离子有关，还和阴离子有关，温度也有关系，既结晶水合物的稳定性，如SO4^2-有时带结晶水,如胆矾,有时不带结晶水,如明矾。

K+一般不带结晶水,Na+往往带结晶水,如它们的碳酸盐,盐所带的结晶水的数目和温度有关,在34℃以下,带10个结晶水,以上就以无水盐的形式从饱和溶液中析出.而胆矾在较大的温度范围内稳定,所以,在可能的温度范围内,从饱和溶液析出的都是含5个结晶水的盐。

注意：结晶水合物是纯净物，因为每个分子所带的水分子个数相同，分子的组成固定，分子与水有强烈的相互作用，可视为水合分子为新分子。如胆矾CuSO₄·5H₂O，从化学式看，有CuSO₄和H₂O，似乎是混合物，孰不知CuSO₄和H₂O不是简单地混合，而是二者之间有强烈的相互作用，按照一定的质量比化合CuSO₄+5H₂O=CuSO₄·5H₂O）成新物质——一胆矾，因此CuSO₄·5H₂O是纯净物。

性质特点

过渡金属的水合物中，相同组成的水合物由于其中的水分子的结合方式不同而使其性质发生变化。如无水三氯化铬呈红紫色，其水合物为暗绿色晶体，实验式为CrCl₃·6H₂O。经证明，6个水分子中只有4个水分子和2个氯离子作为配体与铬离子结合在内界〔Cr(H₂O)₄Cl₂]+，不论在晶态或在水溶液中均稳定存在，因此，这种水合物的结构式可写成[Cr(H₂O)₄Cl₂]Cl·2H₂O。将暗绿色晶体的溶液冷却至0℃以下并通入氯化氢气体，析出紫色晶体，其结构式为[Cr(H₂O)6]Cl₃。将紫色晶体的溶液用乙醚处理并通以氯化氢气体，析出一种淡绿色晶体，其结构式为〔Cr(H₂O)5Cl]Cl₂·H₂O。

水可不直接与阳离子或阴离子结合而依一定比例存在晶体内，在晶格中占据一定的部位。这种结合形式的水称为晶格水，一般含12个水分子。晶形化合物也含水，但无一定比例。如沸石和其他硅酸盐矿物。一些难溶的金属氢氧化物也是水合物。

举例说明

许多物质从水溶液中结晶析出时，晶体里常结合有一定数目的水分子。

例如：硫酸铜从水溶液中结晶析出时，所形成的晶体的化学式为CuSO₄·5H₂O，硫酸钠从水溶液中结晶析出时，所形成的晶体的化学式为Na₂SO₄·10H₂O。

把含有结晶水的物质叫做结晶水合物。

下面来看看比较常见的结晶水合物及它们的俗名和它们的化学式：

芒硝十水合硫酸钠Na₂SO₄·10H₂O

绿矾七水合硫酸亚铁FeSO₄·7H₂O

明矾十二水合硫酸铝钾KAl(SO₄)₂·12H₂O

泻盐七水合硫酸镁MgSO₄·7H₂O

皓矾七水合硫酸锌ZnSO₄·7H₂O

胆矾五水合硫酸铜CuSO₄·5H₂O

生石膏二水合硫酸钙CaSO₄·2H₂O

熟石膏一水合二硫酸钙2CaSO₄·H₂O

晶体里所含的结晶水一般都不很稳定，加热时，容易失去。

实验现象：蓝色的硫酸铜晶体受热后失去结晶水，变成白色无水硫酸铜粉末。

在无色硫酸铜粉末中滴入少量水，白色粉末变成蓝色晶体，并有明显的放热现象。

可以根据上面的实验的原理来检验水的存在。

有的结晶水合物在室温和干燥的空气里，能自动失去部分或全部结晶水，这种现象叫做风化(Efflorescence)。例如，在室温时，碳酸钠晶体(Na₂CO₃·10H₂O)放在干燥的空气中，会逐渐失去结晶水而变成粉末。有的晶体能自动吸收空气中的水蒸气，而在表面逐渐形成溶液，这种现象叫做潮解(Deliquescent)。例如，氯化钙和氢氧化钠固体在空气中都很容易潮解。但也有些物质的晶体里不含结晶水，如食盐、硝酸钾晶体等。