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水合離子
鎖定
在電解質溶液裏,離子跟水分子結合生成的帶電微粒,叫水合離子。例如[Fe(H2O)6]2+,[Mg(H2O)6]2+等。在水溶液裏的離子大都以水合離子形式存在。
有些離子與水結合得比較牢固,而且結合的水分子有一定的數目,以絡離子的形式存在,例如[Cu(H2O)4]2+,[Al(H2O)6]3+等。有些離子所結合的水分子不很牢固,而且結合的水分子的數目也不十分穩定,例如Na+和Cl-等,我們可用[Na(H2O)m]+和[Cl(H2O)n]-表示。
- 中文名
- 水合離子
- 外文名
- hydrated ion
- 形 成
- 離子跟水分子結合生成的帶電微粒
- 舉 例
- [Na(H2O)m]+和[Cl(H2O)n]-
- 分 類
- 水合陽離子,水合陰離子等
水合離子定義
水合離子形成過程
水分子作為配體通過配位鍵與其它質點相結合,而且配位水分子的數目也是由配位鍵所決定的。對於水合陽離子的形成過程即是:由於水分子是極性分子,存在正負偶極,則溶解後的陽離子和水分子間通過靜電引力相互吸引,陽離子吸引水分子的負端,使水分子以配位鍵配位在陽離子周圍形成水合陽離子,如H3O+、[Fe(H2O)6]3+等,一般為簡化起見,書寫水合離子時,通常可省略配位水分子。
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一般來説,離子愈小,它所帶的電荷愈多,則作用於水分子的電場愈強,故它的水合熱愈大。而鹼金屬離子是最大的正離子,離子電荷最少,因此它的水合熱常小於其它離子,這樣由於鹼金屬、鹼土金屬元素(Li、Be、Mg除外)電荷低、半徑大的特徵,相應它們對水分子的吸引力比較弱,大部分不易形成水合陽離子。而對於過渡元素、Al等金屬由於它們的電荷高、半徑小,對水分子的吸引力強,水合焓較大,所以多數易形成水合陽離子。由此可知金屬離子不同,其水合能力也有所不同。
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水合離子結構組成
水合離子單核水合離子
- 水合質子
H。F。Halliwell與S。C。Nyburg於1963年推算出質子的水合焙為1091KJ/mol。可見溶液中不存在裸露的H+,而是以水合質子[H(H2O)n]+形式存在,式中n=1、2、3。。。。。。。
在垂直於此平面上,還有一水分子與中心氧原子以範德華力連結。
2。水合陽離子
在晶體中水合陽離子的結構與溶液中是不同的。現分述如下:
(1)晶體中水合陽離子結構
在明礬中,在K+周圍的六個H20是靠靜電力結合的,一般不稱為六水合鉀配離子。
(2)溶液中水合陽離子結構
據Bockris研究指出,溶液中水合陽離子的水合水可分為一次水合水和二次水合水(又稱為初級水合水和次級水合水)。初級水合水是靠配位鍵與離子成鍵(因此,稱為化學水合),結合牢固,此水分子失去平動自由度,常伴隨離子一起移動,此即水合配離子。次級水合水是通過靜電作用(離子一偶極作用)在水合配離子上再結合的水分子。由於相距較遠,結合力較弱,常不伴隨離子一起移動。例如水合鈷離子[Co(OH2)n]2+,據配位化學知Co2+在水中是穩定的[Co(OH2)6]2+配離子存在,其配位數或水合數為6,這六個水在Co周圍呈八面體分佈。但用壓縮係數法、水化嫡法測得其水合數為10~14,這是二級水合水同時被測出的結果,即還有八個水分子處於初級水合所形成的八個面的中心連線上,通過靜電作用而被固定在離Co2+的較遠位置上,其結構見圖3:
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2。水合陰離子的結構
陰離子的電子較多而無空軌道,且半徑較大。因此,陰離子與水分子通常靠靜電引力或氫鍵作用形成水合陰離子,一般不能形成配位鍵,所以水合陰離子的水化數較小(如I-一的水合數常認為是0或1),結構亦簡單。
(1)晶體中水合陰離子結構
存在晶體中的結晶水絕大多數是配位於陽離子周圍,即以配位水形式存在,少數結晶水是與陰離子以氫鍵結合,此屬於結構水。如膽礬中有四個H2O配位於Cu2+周圍,一個H2O與SO42-以氫鍵鍵合形成一個水合硫酸根離子,其結構見圖4:
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也有人認為此結構水是與二個SO42-以氫鍵相結合。
(2)水溶液中水合陰離子結構
經x-射線測定認為,在水溶液中滷離子(X-)的周圍,有六個位於八面體頂點的水分子,其間以弱的靜電引力結合,因此,對於水合滷離子一般不寫其水合形式:[X(H2O)6]-,而簡寫為X-。
可見水合氫氧根離子的結構與水合質子結構相似。
水合離子多核水合離子
在多核水合離子中存在橋鍵結構。
(1)雙核水合離子結構
(2)多核水合離子結構
在LiAlO4·3H2O晶體中存在柱形離子,每個Li+由六個H2O配位,如圖7:
(3)混合多核水合離子結構
在KF·4H2O晶體中,K+與F-均與六個H2O成八面體配位,其間通過共用頂角和稜邊組成長鏈,而看不到K+—F-的直接鍵合,因此KF·4H2O的晶體結構常用水分子稀釋了KF晶格來解釋,如圖8:
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