化学中的水合物:定义，类型和用途

什么是水合物?

在化学中，水合物是一种化合物，它从环境中吸收水分子，并将它们作为其结构的一部分。水分子要么在化合物中保持完整，要么部分分解成它们的元素。

水合物的种类

水合物主要分为三大类:无机水合物、有机水合物和气体水合物(或笼状水合物)。

无机水合物中的水分子通常在化合物加热时释放出来。然而，在有机水合物中，水与化合物发生化学反应。天然气水合物的“基石”是由一个气体分子(通常是甲烷)和一笼水分子所包围。在海洋沉积物和极地地区已经发现了天然气水合物。它们提供了在不久的将来作为能源的令人兴奋的可能性。

警告

这篇文章从科学的角度讨论化学物质。任何使用或接触这些化学物质的人都应考虑安全问题。在没有得到医生关于安全性和浓度的建议之前，任何有药用史的物质都不应该摄入。

无机水合物

无机水合物可以释放它的水分子，变成无水的。这种物质的无水形式可以吸收水分，变得水化。这种水被称为水合水或结晶水。

常见的无机水合物是十水碳酸钠(洗涤苏打)。水合物的第一部分——在这个例子中是碳酸钠——是无水化合物的名称。后面是“水合物”一词，前面是一个前缀，表示水合化合物中存在的水分子的数量。“decahydrate”这个词的意思是，一个碳酸钠分子在水合时有十个水分子附着在它上面。下表显示了化学中使用的数字前缀及其含义。

化学中的数字前缀

一些常见的无机水合物

除了洗涤苏打，其他一些常见的无机水合物是七水硫酸镁(泻盐)，十水四硼酸钠(硼砂)和十水硫酸钠(芒硝盐或芒硝盐)。硫酸铜和氯化钴也形成无机水合物，水合时颜色诱人。

泻盐，硼砂和芒硝盐

泻盐以发现泻盐的英格兰小镇埃普索姆命名。它们以不同的配方用作浴盐和土壤肥料。许多人声称这种化学物质中的镁可以通过皮肤被吸收。然而，这一过程几乎没有科学证据。

硼砂被用作家庭清洁剂，在一些化妆品中以低浓度存在。人们对它的安全性有多种担忧。不可食用，应放在儿童和宠物接触不到的地方。

格劳伯盐是以生活在17世纪的德荷裔化学家和药剂师约翰·鲁道夫·格劳伯的名字命名的。格劳伯发现了硫酸钠，还发现它对人体有泻药的作用。

硫酸铜

两种常见的无机水合物在水合形态和无水形态的颜色上有很大的不同。硫酸铜，也称为硫酸铜，硫酸铜，蓝色硫酸，或青石，其水合形式是蓝色的，无水形式是灰白色的。加热蓝色的形式除去水，使化学物质变成白色。当水加入时，无水的形式又变成蓝色。

每个硫酸铜单元可以连接到五个水分子上，所以它有时被称为水合硫酸铜五水。水合形式的分子式是CuSO₄^．5 h₂O.硫酸铜分子式后的圆点表示与水分子成键。研究表明，这些键的性质并不像人们曾经认为的那么简单。

二氯化钴

氯化钴无水时呈天蓝色，水合时呈紫色(六水合氯化钴)。氯化钴纸用于指示是否存在水分。它是装在小瓶里的，里面有涂有氯化钴的薄纸片。纸张在没有水分时呈蓝色，有水时呈粉红色。它对检测相对湿度很有用。

发花、吸湿和潮解物质

粉化

某些无机水合物在室温下至少会失去一部分水分。这些水合物据说是开花的。洗涤苏打和芒硝盐是发花物质的例子。当它们失去水分时，它们变得不那么结晶而更像粉状。然而，为了使水分流失，水合物表面水蒸气的分压必须大于周围空气中水蒸气的分压。只有当周围的空气非常干燥时，硫酸铜才会风化。

湿度测定

有些水合物在没有人为干预的情况下从空气或液体中吸收水分，被认为是吸湿的。吸湿固体可以用作干燥剂——从环境中吸收水分的物质。当包装中的空气必须保持干燥时，这是有用的。无水氯化钙是用作干燥剂的吸湿物质的一个例子。

潮解

有些固体从周围吸收了太多的水，以至于它们实际上可以形成液体溶液。这些固体被称为潮解物质。氯化钙既吸湿又潮解。它在含水时吸收水分，然后可能继续吸收水分形成溶液。

下面的视频探索了硫酸铜(ll)的结晶水。

醛和酮

醛

属于醛或酮族的化学物质可以形成有机水合物。醛的一般分子式是RCHO。R基团代表分子的“剩余部分”，并且在每种醛中都是不同的。碳原子和氧原子由双键连接。碳原子和它所附着的氧被称为羰基。

酮

酮的一般分子式与醛的分子式相似，只不过取代H的是第二个R基。这可能和第一个R族相同也可能不同。和醛一样，酮也含有羰基。在下面的插图中，可以理解在双键的底部有一个碳原子。

羰基水合物

水分子可以与醛或酮的羰基反应，形成一种称为羰基水合物的物质，如下面的第一个反应所示。在特定醛或酮的样品中，羰基水合物通常只占分子的很小比例。然而，这条规则也有一些明显的例外。

甲醛溶液是个例外。溶液几乎全部由羰基水合物形式的分子(及其衍生物)组成，只有一小部分分子是醛形式。下图中甲醛平衡常数(K)的大值表明了这一点。K是用反应产物的浓度除以反应物的浓度得到的(尽管需要一些额外的规则来确定它的值)。

甲醛和乙醇

甲醛，也叫甲烷，是醛族中最简单的成员。它的“R”基团由一个氢原子组成。一种水合物是由甲醛的羰基与水反应形成的。一个氢₂在形成水合物时，O分子分裂成一个H和一个OH。

甲醛在水中的溶液被称为福尔马林。甲醛是动物组织和尸体的防腐剂，包括在生物课上送到学校解剖的动物组织和尸体。然而，它被强烈怀疑是一种人类致癌物(导致癌症的化学物质)。现在，一些提供腌制动物的公司在运输动物之前会去除甲醛。

有机水合物生产的另一个例子是将乙烯(也称为乙烯)转化为乙醇。磷酸被用作催化剂。乙烯的分子式为CH₂= CH₂．乙醇的分子式是CH_3.CH₂哦。水分子与乙烯反应时分裂成H和OH。

天然气水合物及其潜在用途

大块的天然气水合物看起来像冰块，看起来是结晶固体。当水分子包围气体分子时，水合物的组成部分是在低温高压下形成的，形成一个冻结的网或笼。这种气体通常是甲烷，在这种情况下，甲烷水合物可以被称为水合物，但它也可以是二氧化碳或其他气体。甲烷是由死亡动植物的细菌腐烂产生的。甲烷的分子式是CH₄．

天然气水合物分布在世界各地。它们形成于深海和湖泊底部的沉积物中，也在永久冻土的陆地上发现。甲烷水合物有潜力成为一种极好的能源。事实上，一些研究人员估计，世界上天然气水合物所蕴含的能量总量可能比地球上所有已知化石燃料所蕴含的能量总量还要多。如果用火柴或其他火焰点燃天然气水合物，它就会像蜡烛一样燃烧。

天然气水合物的潜在危险

并非所有人都对天然气水合物的发现感到兴奋。有些人认为它们可能是一种自然灾害，而不是一种自然资源。研究人员目前正试图找到从水笼中提取甲烷分子的最有效方法。一些人担心，由于开采的结果，甲烷将进入大气层，影响地球的气候。人们认为大气中的甲烷导致了全球变暖。

天然气水合物会堵塞天然气管道，有时可能会对钻井造成危险。另一个问题是水合物将海洋沉积物粘合在一起。如果大面积的水合物融化，沉积物可能会移动。这可能会导致山体滑坡，进而引发海啸。

有趣和重要的化学物质

水合物是一种有趣的化学物质，通常非常有用。探索它们的性质、属性和行为是很重要的。天然气水合物尤其有趣，吸引了许多研究者的注意。它们可能在我们的未来变得非常有用。然而，关于使用它们的最佳方法和安全程序还有很多需要学习的地方。希望它们对我们生活的影响是有益的，而不是有害的。

参考文献

• 命名水合物:普渡大学的事实和测验
• 信息埃普索姆来自WebMD的盐
• 硼砂WebMD的使用和安全
• 钠硫酸信息来自化学世界(英国皇家化学学会网站)
• 醛和酮来自密歇根州立大学的信息
• 有关水合物的形成来自卡尔加里大学的醛类和酮类
• 甲烷水合物来自美国能源部的信息

据作者所知，这一内容是准确和真实的，不能取代有执照的健康专业人员的诊断、预后、治疗、处方和/或饮食建议。药物、补品和自然疗法可能有危险的副作用。如果怀孕或哺乳，请单独咨询合格的提供者。如果遇到医疗紧急情况，请立即寻求帮助。

问题与答案

问题:当氯化镉水合物容器打开时会发生什么?

答:氯化镉应小心储存。它是一种吸湿物质。它从环境中吸收水分，溶于水，并形成水合物。它是一种各种形式的潜在危险物质。氯化镉的MSDS(材料安全数据表)上说，摄入氯化镉非常危险，皮肤和眼睛接触以及吸入后也非常危险。它也是一种可能的致癌物质。如果一个人在处理化学物质时不采取预防措施，可能需要急救和/或医疗。

©2012 Linda Crampton

评论

琳达·克兰普顿(作者)2019年2月13日，加拿大不列颠哥伦比亚省:

谢谢你的评论，Manas。我希望你的项目成功。

马纳斯基地2019年2月13日:

你救了我的命，因为我的项目提交是明天，你让我明白水在简单的话.........:)

琳达·克兰普顿(作者)2018年1月20日，加拿大不列颠哥伦比亚省:

不客气，南都。

内拉2018年1月20日:

谢谢

琳达·克兰普顿(作者)2017年12月19日，加拿大不列颠哥伦比亚省:

谢谢你的评论，玛丽亚姆。

马里亚姆2017年12月19日:

谢谢

琳达·克兰普顿(作者)2017年11月19日，加拿大不列颠哥伦比亚省:

在线版韦氏词典有缩醛、酮醛和半缩醛的基本化学定义。可汗学院有一个视频展示了半缩醛和半iketal的区别。

Deyaa哈桑2017年11月11日:

水合物，酮类，半酮类，缩醛和半缩醛之间有什么区别

琳达·克兰普顿(作者)2017年5月19日，加拿大不列颠哥伦比亚省:

谢谢你的评论。如果你在网上搜索“化学中的水合物列表”，你应该会找到一个最常见的无机水合物列表，尽管不是全部。

xxkelseyxx2017年5月19日:

谢谢你的文章，它对我很有帮助。我想知道你是否知道一些无机水合物的例子

琳达·克兰普顿(作者)2017年3月3日，加拿大不列颠哥伦比亚省:

谢谢你，杰西卡!谢谢你的评论。

杰西卡切尔西2017年3月3日:

感谢您的这篇文章!我现在完全理解了水合物。这有助于我对水合物的研究。：）

杰森来自印第安纳波利斯。2015年8月27日美国:

当然没问题!

琳达·克兰普顿(作者)2015年8月27日来自加拿大不列颠哥伦比亚省:

非常感谢您的评论，jbosh1972!

杰森来自印第安纳波利斯。2015年8月27日美国:

非常聪明!你选择了一个乍一看似乎只有一个简短答案的主题，并将其扩展为我所见过的关于水合物化学的最全面的文章!

琳达·克兰普顿(作者)2015年8月7日来自加拿大不列颠哥伦比亚省:

非常感谢你，melbel!感谢您的来访和友好的评论。

梅勒妮Palen2015年8月7日来自美国中西部:

哇，这么棒的中心。我记得我在化学一课上学习过水合物(我不是这个概念的忠实粉丝)。你的枢纽很好地解释了水合物。太棒了!

琳达·克兰普顿(作者)2015年1月30日来自加拿大不列颠哥伦比亚省:

Mari，非常感谢你这么可爱的评论!

毛伊岛2015年1月30日:

这是我读过的关于水合物的最好的文章之一。

琳达·克兰普顿(作者)2013年2月25日，加拿大不列颠哥伦比亚省:

我很高兴我的文章对你的实验报告有帮助，Joel——非常感谢你给我的信任!

乔尔2013年2月25日:

非常感谢!这对我的化学实验报告帮助很大(别担心，我已经给了你应得的分数:p)

琳达·克兰普顿(作者)2012年5月26日，加拿大不列颠哥伦比亚省:

谢谢你的来访和评论，伊莱。科学中有很多术语需要记住!

伊利特立独行摘自2012年5月26日菲律宾美丽群岛:

我必须先复习一下化学，记住那些术语。

琳达·克兰普顿(作者)2012年5月16日，加拿大不列颠哥伦比亚省:

嗨,内尔。别担心，测试只是为了好玩!非常感谢你的评论和分享，Nell。我对他们都很感激。

内尔玫瑰2012年5月16日，英国:

嗨，我又要参加考试了，你的考试我得了可怜的22%，垫底!哈哈!我读了所有的文章，确保我理解了无机和有机水合物之间的区别，然后很快就忘记了!但说真的，这对学校和大学来说是很棒的，而且真的很有帮助，发布和分享!内尔

琳达·克兰普顿(作者)2012年5月14日，加拿大不列颠哥伦比亚省:

非常感谢你的评论，drbj。我认为水合物很有趣——九头蛇也是!

DRBJ和雪利酒2012年5月14日，在南佛罗里达:

在我阅读这个有趣且信息量极大的中心之前，Alicia，我的水合物知识是可怜的不足。谁知道呢?谢谢你扩大了我的水合物教育。在此之前，我唯一真正知道的九头蛇是希腊神话中被赫拉克勒斯杀死的多头怪物。

琳达·克兰普顿(作者)2012年5月12日，加拿大不列颠哥伦比亚省:

非常感谢您的访问和评论，CyclingFitness!!

利亚姆哈勒姆2012年5月12日，英国诺丁汉:

聂的文章，一针见线，深思熟虑，涵盖了许多不同的视觉媒体的观众。看起来这将是化学专业学生的理想资源

琳达·克兰普顿(作者)2012年5月12日，加拿大不列颠哥伦比亚省:

谢谢您的指教，指教!谢谢你的来访。

Dianna门德斯2012年5月12日:

这是关于水合物的一个有趣的中心。我可以想象化学系的学生会喜欢这个中心。谢谢你简单的定义和水合物化合物的例子。