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结晶水结晶水

化学结晶水存在于晶体中，也被称为水合水。结晶水是结合在化合物中的水分子，它们并不是液态水。很多晶体含有结晶水，但并不是所有的晶体都含有结晶水。在一些情况下，结晶水是在给定温度下物质中水的总量，并且大部分以确定的化学计量比存在。溶质从溶液里结晶析出时，晶体里结合着一定数目的水分子，这样的水分子叫结晶水。

目录

定义

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在矿物晶格中占有确定位置的中性水分子H2O；水分子的数量与该化合物中其他组分之间有一定的比例。如石膏CaSO4·2H2O、胆矾CuSO4·5H2O、面碱Na2CO3·10H2O，分别表示其中含有2、5、10分子的结晶水。由于在不同的矿物的晶格中，水分子结合的紧密程度不同，因此结晶水脱离晶格所需的温度也就不同，但一般不超过600℃，通常为100～200℃。当结晶水逸出时，原矿物晶格便被破坏；其他原子可重新组合，形成另一种化合物。

命名法

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在分子式中结晶水可以由不同的方式来表示：

  • 1.

    “化合物·nH2O”或“化合物×nH2O”这种表示法一般用于只存在晶格水或晶体结构尚未确定的情况下。例如氯化钙：CaCl2·2H2O

  • 2.

    “化合物(H2O)n”水合物与配合的水。例如氯化锌：ZnCl2(H2O)4

  • 3.

    两种表示法组合：例如硫酸铜：SO4·H2O

    • 晶体结构位置

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    FeSO4·7H2O结构FeSO4·7H2O结构

    盐与相应的结晶水组成水合物。由于氢键的存在，晶体结构中存在网状结构，使得水合物的结构可能非常复杂 。历史上，很多水合物的结构都是未知的，并且表示法中“·”的使用仅仅表示了特定的组成而没有指明晶体中水分子与化合物之间的结合方式。例如：

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

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

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

    2+ 的网状结构2+ 的网状结构

    对于许多盐来说，水与其结合的方式是不重要的，因为在溶解过程中水分子非常的不稳定。例如CuSO4·5H2O与CuSO4的水溶液表现出相同的理化性质。根据水合度，人们能够对物质当量进行比较：1mol CuSO4·5H2O比1mol CuSO4重。但是，在某些情况下，水合度却对物质化学性质产生影响。例如无水RhCl3不溶于水，并且在有机金属化学中应用较少，相对地，RhCl3·3H2O则更有通用性。与之类似，水合的AlCl3是一种较弱的路易斯酸，因此在FriedelCrafts反应中没有催化活性。所以，在保存无水的AlCl3时必须将其密封，与大气中的水分子隔绝。

    上述水合硫酸铜的晶体由2+中心和与之相连的SO42-离子组成。2个硫酸根和4分子水提供了6个氧原子，将中心的铜原子包围。第五个水位于晶体结构的其他地方，但不直接与铜键合 。上述氯化钴离子结构为2+和Cl- 。在氯化锡中，每个Sn中心是金字塔形的，O/Cl-Sn-O/Cl的平均键角为83°，Sn与两个Cl-离子和一个水结合。结晶水因静电力而稳定存在，因此水合物在含有+2和+3价阳离子以及-2价阴离子的盐中比较常见。在某些情况下，化合物重量增加主要来自于水。例如，芒硝Na2SO4(H2O)10是一种白色结晶固体，其中水的重量大于50%。

    分析方法

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    CuSO4·5H2O的TGACuSO4·5H2O的TGA

    大多数化合物的含水量可以用其公式来确定。 通过热重分析（TGA）来确定未知样品，在加热过程中，样品中水分会脱离化合物，最先蒸发出来的是与化合物靠分子间作用力相连的游离水，之后蒸发的是键合更强的结晶水。根据加热温度和物质质量作图，可以获得蒸发出的水分质量。 然后将脱离的水的量除以水的摩尔质量，以获得与盐结合的水分子数。

    无机卤化物

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    无机卤化物中的结晶水

    下表列出每种盐类中水分子的数目 。

    水合金属卤化物

    配位层

    未与中心金属连接的结晶水当量　

    备注　

    CaCl2(H2O)6

    2+

    0

    结晶水作为桥连配体

    VCl3(H2O)6

    trans-+

    2

    VBr3(H2O)6

    trans-+

    2

    溴化物和氯化物相似

    VI3(H2O)6

    3+

    0

    CrCl3(H2O)6

    trans-+

    2

    暗绿色的同分异构体

    CrCl3(H2O)6

    2+

    1

    蓝绿色同分异构体

    CrCl2(H2O)4

    trans-

    0

    方形平面/四方扭曲

    CrCl3(H2O)6

    3+

    0

    AlCl3(H2O)6

    3+

    0

    与Cr（III）化合物同构

    MnCl2(H2O)6

    trans-

    2

    MnCl2(H2O)4

    cis-

    0

    顺式分子

    MnBr2(H2O)4

    cis-

    0

    顺式分子

    MnCl2(H2O)2

    trans-

    0

    与桥接的氯相连

    MnBr2(H2O)2

    trans-

    0

    与桥接的溴相连

    FeCl2(H2O)6

    trans-

    2

    FeCl2(H2O)4

    trans-

    0

    FeBr2(H2O)4

    trans-

    0

    FeCl2(H2O)2

    trans-

    0

    与桥接的氯相连

    FeCl3(H2O)6

    trans-

    2

    只有氯化铁的水合物

    CoCl2(H2O)6

    trans-

    2

    CoBr2(H2O)6

    trans-

    2

    CoI2(H2O)6

    2+

    0

    CoBr2(H2O)4

    trans-

    0

    CoCl2(H2O)4

    cis-

    0

    顺式分子

    CoCl2(H2O)2

    trans-

    0

    与桥接的氯相连

    CoBr2(H2O)2

    trans-

    0

    与桥接的溴相连

    NiCl2(H2O)6

    trans-

    2

    NiCl2(H2O)4

    cis-

    0

    顺式分子

    NiBr2(H2O)6

    trans-

    2

    NiI2(H2O)6

    2+

    0

    NiCl2(H2O)2

    trans-

    0

    与桥接的溴相连

    CuCl2(H2O)2

    2

    0

    四方扭曲

    CuBr2(H2O)4

    n

    2

    四方扭曲

    结晶水合物

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    许多物质从水溶液里析出晶体时，晶体里常含有一定数目的水分子，这样的水分子叫做结晶水。含有结晶水的物质叫做结晶水合物。 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。

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