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水合物（含有水的化合物）

次瀏覽 | 更新時(shí)間：2023-05-19

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水合物

含有水的化合物

水合物指的是含有水的化合物，其范圍相當(dāng)廣泛。其中水可以以配位鍵與其他部分相連，如水合金屬離子，也可以是以共價(jià)鍵相結(jié)合，如水合三氯乙醛。也可以指是天然氣中某些組分與水分在一定溫度、壓力條件下形成的白色晶體，外觀類似致密的冰雪，密度為0.88~0.90 g/cm3。研究表明，水合物是一種籠形晶體包絡(luò)物，水分子借氫鍵結(jié)合形成籠形結(jié)晶，氣體分子被包圍在晶格之中。

基本信息

中文名	水合物
外文名	Hydrate
別名	水化物
密度	0.88~0.90 g/cm3
拼音	shuǐ hé wù
注音	ㄕㄨㄟˇ ㄏㄜˊ ㄨˋ

收起

物質(zhì)結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)

低分子的氣體的水合物為體心立方晶格，較大的氣體分子則是類似于金剛石的晶體結(jié)構(gòu)。

天然氣水合物結(jié)構(gòu)

化合物從其組成離子的水溶液中結(jié)晶出來時(shí), 所得到的晶體往往是水合物(hydrate)。所以水合物并不是簡(jiǎn)單的與水混合，水合物也是純凈物。

分類

水合物化學(xué)式具有確定數(shù)目的水分子, 其結(jié)構(gòu)大體可分為4類:

(1)全部H2O分子配位于金屬陽離子。例如, 六水合物Co(ClO4)2·6H2O中的6個(gè)H2O分子全部配位于Co2+離子, 可將其寫成[Co(H2O)6](ClO4)2。

(2)部分H2O分子配位于金屬陽離子，部分H2O分子鍵合于酸根陰離子。例如CuSO4·5H2O中的H2O分子。

(3)H2O分子進(jìn)入固體晶格的確定位置，不與特定的陽離子或陰離子鍵合。這種化合物中的水分子叫晶格水，例如BaCl2·2H2O中的水分子。

(4)一部分H2O分子與陽離子配位，另一部分則是晶格水。明礬KAl(SO4)2·12H2O似乎具有這種結(jié)構(gòu)。

最后還應(yīng)該提到水合包合物。它們應(yīng)該歸入水合物, 但卻不是從其組成離子的水溶液中結(jié)晶出來的化合物。它們是H2O分子彼此間通過氫鍵形成籠, 將外來的電中性分子或離子包于籠內(nèi)而得到的一類水合物。例如Cl2(H2O)7.25 和“可燃冰”。

化合物結(jié)合

結(jié)合方式

天然氣水合物

水合物中的水是以確定的量存在的，例如無水硫酸銅CuSO4的水合物的組成為CuSO4·5H2O。水合物中的水有幾種不同的結(jié)合方式：一種是作為配體，配位在金屬離子上，稱為配位結(jié)晶水；另一種則結(jié)合在陰離子上，稱為陰離子結(jié)晶水。例如,CuSO4·5H2O加熱到113℃時(shí)，只失去四分子水。只有加熱到258℃以上，才能脫去最后一分子水。由此可見，4個(gè)水分子是作為配體配位在銅離子上的，即【Cu(H2O)4】2+；另一個(gè)水分子則結(jié)合在硫酸根上。一般認(rèn)為，一個(gè)水分子通過氫鍵與SO4中的氧原子相連接的（見下式）。

CuSO4· 5H2O按水分子的結(jié)合方式，其結(jié)構(gòu)式可以寫成【Cu(H2O)4】【SO4(H2O)】。許多其他水合硫酸鹽晶體如 FeSO4·7H2O、NiSO4·7H2O、ZnSO4·7H2O等，均有相同的結(jié)合方式。

結(jié)合方式性質(zhì)變化

在過渡金屬的水合物中，相同組成的水合物往往由于其中的水分子的結(jié)合方式不同而使其性質(zhì)發(fā)生變化。例如無水三氯化鉻呈紅紫色；其水合物為暗綠色晶體,實(shí)驗(yàn)式為CrCl3·6H2O。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，6個(gè)水分子中只有4個(gè)水分子和 2個(gè)氯離子作為配體與鉻離子結(jié)合在內(nèi)界【Cr(H2O)4Cl2】+, 不論在晶態(tài)或在水溶液中均穩(wěn)定存在，因此，這種水合物的結(jié)構(gòu)式可寫成【Cr(H2O)4Cl2】Cl·2H2O。如將暗綠色晶體的溶液冷卻至0℃以下并通入氯化氫HCl氣體，則析出紫色晶體，其結(jié)構(gòu)式為【Cr(H2O)6】Cl3。將紫色晶體的溶液用乙醚處理并通以氯化氫氣體，就析出一種淡綠色晶體，其結(jié)構(gòu)式為【Cr(H2O)5Cl】Cl2·H2O。三者的轉(zhuǎn)化表示如下：

水也可以不直接與陽離子或陰離子結(jié)合而依一定比例存在于晶體內(nèi)，在晶格中占據(jù)一定的部位。這種結(jié)合形式的水稱為晶格水，一般含有12個(gè)水分子。有些晶形化合物也含水，但無一定比例。例如沸石和其他硅酸鹽礦物。一些難溶的金屬氫氧化物實(shí)際上也是水合物。

生成條件

(1)液態(tài)水的存在

液態(tài)水的存在是生成水合物的必要條件。

(2)低溫

低溫是形成水合物的重要條件，天然氣的溫度必須等于或低于天然氣中水汽的露點(diǎn)。

(3)高壓

組成相同的氣體，水合物生成溫度隨壓力升高（降低）而升高（降低）。

(4)其它條件

壓力的波動(dòng)，氣流方向改變及微小水化晶的存在。

防治方法

水合物的形成，堵塞井筒或采氣管線，影響氣井的正常生產(chǎn)，常用的防治水合物的方法有：

脫水干燥氣體

天然氣中含有水分是生成水合物的內(nèi)在因素，因此，脫除天然氣的水分是杜絕水合物生成的根本途徑。

提高氣流溫度（加熱法）

提高溫度防止生成水合物的實(shí)質(zhì)是把氣流溫度提高到生成水合物的溫度以上，加熱方法有蒸汽加熱法和水套爐加熱法。

加防凍劑

向天然氣中加入各種能降低水合物生成溫度的天然氣水合物抑制劑，降低天然氣的露點(diǎn)，防止水合物的生成。

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