-
結晶水
鎖定
- 中文名
- 結晶水
- 外文名
- Water of crystallization
- 別 名
- 水合水
- 本 質
- 結合在化合物中的水分子
- 對 立
- 液態水
- 存在位置
- 晶體
結晶水定義
在礦物晶格中佔有確定位置的中性水分子H2O;水分子的數量與該化合物中其他組分之間有一定的比例。如石膏CaSO4·2H2O、膽礬CuSO4·5H2O、面鹼Na2CO3·10H2O,分別表示其中含有2、5、10分子的結晶水。由於在不同的礦物的晶格中,水分子結合的緊密程度不同,因此結晶水脱離晶格所需的温度也就不同,但一般不超過600℃,通常為100~200℃。當結晶水逸出時,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。
結晶水命名法
在分子式中結晶水可以由不同的方式來表示:
結晶水晶體結構位置
鹽與相應的結晶水組成水合物。由於氫鍵的存在,晶體結構中存在網狀結構,使得水合物的結構可能非常複雜
[1-2]
。歷史上,很多水合物的結構都是未知的,並且表示法中“·”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
對於許多鹽來説,水與其結合的方式是不重要的,因為在溶解過程中水分子非常的不穩定。例如CuSO4·5H2O與CuSO4的水溶液表現出相同的理化性質。根據水合度,人們能夠對物質當量進行比較:1mol CuSO4·5H2O比1mol CuSO4重。但是,在某些情況下,水合度卻對物質化學性質產生影響。例如無水RhCl3不溶於水,並且在有機金屬化學中應用較少,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反應中沒有催化活性。所以,在保存無水的AlCl3時必須將其密封,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個硫酸根和4分子水提供了6個氧原子,將中心的銅原子包圍。第五個水位於晶體結構的其他地方,但不直接與銅鍵合
[3]
。上述氯化鈷離子結構為[Co(H2O)6]2+和Cl- 。在氯化錫中,每個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Cl-離子和一個水結合。結晶水因靜電力而穩定存在,因此水合物在含有+2和+3價陽離子以及-2價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於水。例如,芒硝Na2SO4(H2O)10是一種白色結晶固體,其中水的重量大於50%。
結晶水分析方法
大多數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,樣品中水分會脱離化合物,最先蒸發出來的是與化合物靠分子間作用力相連的遊離水,之後蒸發的是鍵合更強的結晶水。根據加熱温度和物質質量作圖,可以獲得蒸發出的水分質量。 然後將脱離的水的量除以水的摩爾質量,以獲得與鹽結合的水分子數。
結晶水無機鹵化物
無機鹵化物中的結晶水
水合金屬鹵化物 | 未與中心金屬連接的結晶水當量 | 備註 | |
CaCl2(H2O)6 | [Ca(μ-H2O)6(H2O)3]2+ | 0 | 結晶水作為橋連配體 |
VCl3(H2O)6 | trans-[VCl2(H2O)4]+ | 2 | |
VBr3(H2O)6 | trans-[VBr2(H2O)4]+ | 2 | |
VI3(H2O)6 | [V(H2O)6]3+ | 0 | |
CrCl3(H2O)6 | trans-[CrCl2(H2O)4]+ | 2 | 暗綠色的同分異構體 |
CrCl3(H2O)6 | [CrCl(H2O)5]2+ | 1 | 藍綠色同分異構體 |
CrCl2(H2O)4 | trans-[CrCl2(H2O)4] | 0 | 方形平面/四方扭曲 |
CrCl3(H2O)6 | [Cr(H2O)6]3+ | 0 | |
AlCl3(H2O)6 | [Al(H2O)6]3+ | 0 | 與Cr(III)化合物同構 |
MnCl2(H2O)6 | trans-[MnCl2(H2O)4] | 2 | |
MnCl2(H2O)4 | cis-[MnCl2(H2O)4] | 0 | 順式分子 |
MnBr2(H2O)4 | cis-[MnBr2(H2O)4] | 0 | 順式分子 |
MnCl2(H2O)2 | trans-[MnCl4(H2O)2] | 0 | 與橋接的氯相連 |
MnBr2(H2O)2 | trans-[MnBr4(H2O)2] | 0 | 與橋接的溴相連 |
FeCl2(H2O)6 | trans-[FeCl2(H2O)4] | 2 | |
FeCl2(H2O)4 | trans-[FeCl2(H2O)4] | 0 | |
FeBr2(H2O)4 | trans-[FeBr2(H2O)4] | 0 | |
FeCl2(H2O)2 | trans-[FeCl4(H2O)2] | 0 | 與橋接的氯相連 |
FeCl3(H2O)6 | trans-[FeCl2(H2O)4] | 2 | 只有氯化鐵的水合物 |
CoCl2(H2O)6 | trans-[CoCl2(H2O)4] | 2 | |
CoBr2(H2O)6 | trans-[CoBr2(H2O)4] | 2 | |
CoI2(H2O)6 | [Co(H2O)6]2+ | 0 | |
CoBr2(H2O)4 | trans-[CoBr2(H2O)4] | 0 | |
CoCl2(H2O)4 | cis-[CoCl2(H2O)4] | 0 | 順式分子 |
CoCl2(H2O)2 | trans-[CoCl4(H2O)2] | 0 | 與橋接的氯相連 |
CoBr2(H2O)2 | trans-[CoBr4(H2O)2] | 0 | 與橋接的溴相連 |
NiCl2(H2O)6 | trans-[NiCl2(H2O)4] | 2 | |
NiCl2(H2O)4 | cis-[NiCl2(H2O)4] | 0 | 順式分子 |
NiBr2(H2O)6 | trans-[NiBr2(H2O)4] | 2 | |
NiI2(H2O)6 | [Ni(H2O)6]2+ | 0 | |
NiCl2(H2O)2 | trans-[NiCl4(H2O)2] | 0 | 與橋接的溴相連 |
CuCl2(H2O)2 | [CuCl4(H2O)2]2 | 0 | 四方扭曲 |
CuBr2(H2O)4 | [CuBr4(H2O)2]n | 2 | 四方扭曲 |
結晶水結晶水合物
許多物質從水溶液裏析出晶體時,晶體裏常含有一定數目的水分子,這樣的水分子叫做結晶水。含有結晶水的物質叫做結晶水合物。 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CuSO₄的水合物的組成為CuSO₄·5H₂O。
- 參考資料
-
- 1. Yonghui Wang et al. "Novel Hydrogen-Bonded Three-Dimensional Networks Encapsulating One-Dimensional Covalent Chains: ..." Inorg. Chem., 2002, 41 (24), pp. 6351–6357.
- 2. Carmen R. Maldonadoa, Miguel Quirós and J.M. Salas: "Formation of 2D water morphologies in the lattice of the salt..." Inorganic Chemistry Communications Volume 13, Issue 3, March 2010, p. 399–403
- 3. Moeller, Therald (Jan 1, 1980). Chemistry: With Inorganic qualitative Analysis. Academic Press Inc (London) Ltd. p. 909. ISBN 0-12-503350-8. Retrieved 15 June 2014.
- 4. K. Waizumi, H. Masuda, H. Ohtaki, "X-ray structural studies of FeBr24H2O, CoBr24H2O, NiCl2 4H2O, and CuBr24H2O. cis/trans Selectivity in transition metal(I1) dihalide Tetrahydrate" Inorganica Chimica Acta, 1992 volume 192, pages 173–181.
- 5. B. Morosin "An X-ray diffraction study on nickel(II) chloride dihydrate" Acta Crystallogr. 1967. volume 23, pp. 630-634.