结晶水的风化是物理变化还是化学变化?_结晶水论文

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许多物质在水溶液中结晶时,晶体里常常结合一定数目的水分子,这种水分子叫结晶水,含有结晶水的物质叫结晶水化物。结晶水化物在常温和较干燥的空气中失去部分或全部结晶水的现象称为风化。在中学化学里讲到这一概念时,常有教师、学生提出“风化是物理变化还是化学变化”这一问题。本文拟对此作一粗略解答。

其实酸、碱、盐都可以形成结晶水化物,其中最常见的还是水化盐。一般来讲,中性分子、原子都不能结合在离子晶体结构中,但是水却例外,它常常以结晶水的方式存在于离子晶体中,之所以如此,与以下几个因素有关:

1 水分子扩大金属阳离子有效半径

盐类从水溶液中析出晶体时,只有阳离子和阴离子尽可能地相互靠近才能使离子间的静电作用最强。如果阳离子太小,阴离子被悬起来,如图1所示,则难以析出无水晶体。 而较大的阳离子能把阴离子彼此撑开,阴、阳离子间能相互靠近,如图2,能形成稳定的无水晶体。 但是通常阳离子半径比阴离子半径小得多,特别是与复杂的酸根离子相差就更大了,所以析出晶体时,阳离子的第一水合层常常被固定下来,这样阳离子就被中性水分子包围,等于扩大了阳离子的有效半径,在不改变电价的条件下,保持了晶体的稳定性。

2 水分子的结构因素

氢和氧结合成水分子时氧原子为sp[3]杂化, 其中两个杂化轨道被氧原子的两对孤电子所占据,另外两个杂化轨道分别与两个氢原子的1s轨道重叠,形成极性共价键。由于这种结构使水分子中的电荷呈四面体分布,两个孤电子对方向带有正电荷,两个O—H键方向带有负电荷,这样的结构使水可以三种方式存在于晶体化合物中。

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