結合水是由哪四種物質組成?使用者10835098995962019-11-01 21:23:50

對於過渡金屬的硫酸鹽甚至硫酸鹽複鹽(礬),結晶水有兩種主要的結合方式,即作為配位體與金屬離子結合,實際生成絡離子;以及透過氫鍵與硫酸根離子結合。

例如,五水合硫酸銅,實際上是[Cu(H2O)4](SO4·H2O),其中4個結晶水分子作為配位體,與Cu2+結合生成絡離子[Cu(H2O)4]2+,1個結晶水分子以氫鍵與硫酸根離子結合,形成兩個O—H…O氫鍵。絡離子[Cu(H2O)4]2+為平面正方形結構,呈藍色,這就是五水合硫酸銅晶體和硫酸銅水溶液都為藍色的原因。

七水合硫酸亞鐵,實際上是[Fe(H2O)6](SO4·H2O),其中6個結晶水分子作為配位體,與Fe2+結合生成絡離子[Fe(H2O)6]2+,剩下1個結晶水分子仍然以氫鍵與硫酸根離子結合。絡離子[Fe(H2O)6]2+呈淺綠色。

那麼,在這些結晶水合物受熱時,最容易失去的往往不是與硫酸根離子氫鍵結合的水分子,而是配位體水分子(此處如果用晶體場理論解釋絡離子更好),例如Cu2+的配位數一般可以是4或者2,那麼五水合硫酸銅晶體受熱時,先逐步失去配位體水分子,變化如下:

CuSO4·5H2O → CuSO4·3H2O → CuSO4·H2O(此時僅剩下與硫酸根離子氫鍵結合的水分子) → CuSO4

Fe3+的配位數可以是6或者3,七水合硫酸亞鐵晶體受熱時變化如下:

FeSO4·7H2O → FeSO4·4H2O → FeSO4·H2O(此時僅剩下與硫酸根離子氫鍵結合的水分子) → FeSO4

結晶水全部失去後,無水硫酸鹽再遇到高溫就會分解,例如無水硫酸銅可能按照下列反應分解:

CuSO4 = CuO + SO3↑

但對於無水硫酸亞鐵,由於SO3有氧化性,二價鐵的氧化物則有還原性,因此分解時二價鐵被氧化為三價鐵,部分SO3被還原為SO2,反應如下:

2FeSO4 = Fe2O3 + SO2↑ + SO3↑

硫酸銅和硫酸亞鐵的高溫分解反應,是古代煉丹家和鍊金術士製取硫酸的方法,中西皆有記載。

對於氯化物,由於氯離子配位能力強,本身就可以作為配體,可能部分取代水分子配體的位置,加上氯離子本身不像硫酸根離子那樣容易結合水分子,因此很多氯化物結晶水合物所含結晶水要比硫酸鹽少得多,例如CuCl2·2H2O、FeCl2·4H2O等,CrCl3存在異構體則是水分子和氯離子搶佔配體位置的原因。

甚至在無水鹽中,氯離子仍然可以作為配體,例如無水AlCl3實際是Al2Cl6,無水FeCl3實際是Fe2Cl6、無水CuCl2則是長鏈狀聚合物等。