水化作用

存在形式

水溶液中离子一般均以水化离子的形式存在。根据X射线衍射分析，液态水是微观晶体，在短程和短时间内具有与冰相似的结构，即1个中心水分子周围有4个水分子占在四面体的顶角包围着它，四面体结构是通过氢键形成的。5个水分子没有占满四面体的全部体积，是一个敞开式的松弛结构。离子溶入水中后，离子周围存在着一个对水分子有明显作用的空间，当水分子与离子间相互作用能大于水分子与水分子间的氢键能时，水的结构就遭到破坏，在离子周围形成水化膜。紧靠离子的第一层水分子定向地与离子牢固结合，与离子一起移动，不受温度变化的影响，这样的水化作用称原水化或化学水化，它所包含的水分子数称为原水化数。第一层以外的水分子也受到离子的吸引作用，使水的原有结构遭到败坏，但由于距离稍远，吸引较弱，与离子联系较松，这部分水化作用称二级水化或物理水化。它所包含的水分子数随温度的变化而改变，不是固定值。用不同方法测定原水化数，所得结果相差很大，这是因为不同方法测出的数值，都是原水化数加上部分二级水化数。用不同方法测出的常见离子的水化数见表。由表中数据可以看出离子半径小，电荷数大的离子水化数大，在它周围的水分子多，这些水分子都定向地牢固地与离子结合，失去了独立运动的能力。离子周围的第一层水分子数虽然不变，但并不是同一个水分子永久地无限期地留在离子周围，而是与外界的水分子不断地相互交换，只是保持水化数不变。离子水化作用产生两种影响，一是离子水化作用减少溶液“自由”水分子的数量，增加离子体积，因而改变电解质溶液中电解质的活度系数（使Y±增大）和电导性质。这是溶剂对溶质的影响；二是离子水化往往破坏附近水层中的正四面体结构。降低离子邻近水分子层的相对介电常数，这是溶质对溶剂的影响。

水化

Hydration

水分子的正、负电荷中心并不重合，是偶极子。它又有很强的氢键作用，故水有特殊的结构。当盐类溶于水中生成电解质溶液时，离子的静电力破坏了原来的水结构，在其周围形成一定的水分子层，称为水化。

这层水分子的数目称为水化数（hydration number）。这是一种“溶剂化”过程，任何物质的溶解必定伴随有溶剂化（solvation），即溶质分子或离子通过静电作用、氢键、范氏引力、甚至配键与溶剂分子作用产生溶剂化粒子，促进了溶解过程。许多物质能溶于水，是与水有很强的水化能力分不开的。水化的概念对于电解质溶液结构的探讨及其性质的理论计算很重要，但它是静电作用的结果，与化学结合不同。有些离子能通过配键与水分子结合，形成固定的配位水，如Cu(H2O)42+，可存在于水溶液以至气态和离子晶体中，称为水合离子，其过程为“水合作用”，但英语仍作hydration。

水合

分子或离子与水结合而形成水合物或水合离子的过程。物质在水中的溶解或离解，主要是通过水化而引起的。在有机化学中也指分子中不饱和键在催化剂作用下与水分子化合的反应。如乙烯与水化合成乙醇。又称水合。

水与另一物质分子化合成为一个分子的反应过程。水分子以其氢和羟基与物质分子的不饱和键加成生成新的化合物，此种合成方法在有机化工生产中得到应用。水以水分子的形式与物质的分子结合形成复合物（如盐类的含水晶体，烃类的水合物等）的过程，也可广义地称为水合。水合属于化学变化

水合过程在有机化工中的最早应用是1913年在德国用乙炔水合制乙醛。当前在工业中的主要应用有以下四方面：

①烯烃水合　制备醇类的重要方法，在工业上得到广泛应用的是乙烯水合制乙醇以及丙烯水合制异丙醇：

根据马尔科夫尼科夫规则,只有乙烯水合可生成伯醇,其他烯烃水合均只能生成仲醇或叔醇。烯烃水合有直接水合和间接水合两种方法。间接水合法是先用硫酸吸收烯烃成为硫酸酯，后者再进行水解。这是较老的生产方法，现已为直接水合法所取代。直接水合法采用酸性催化剂（见酸碱催化剂），如用载于硅藻土上的磷酸催化剂、氧化钨、磷钨酸以及强酸性离子交换树脂等。烯烃水合是放热反应，温度低对平衡有利，但温度的选定主要决定于催化剂的活性（见催化活性）。升高压力能提高平衡转化率，但以不致使气相中的水蒸气在催化剂表面凝结为限。

②环氧化合物水合　这是制取二元醇的重要方法，主要是环氧乙烷水合制乙二醇，以及环氧丙烷水合制丙二醇：

用硫酸为催化剂时反应可在常压下进行，在加压下可以不用催化剂。

③腈的水合　这是工业上制取酰胺的重要方法，如丙烯腈水合制丙烯酰胺：

水合

最好的催化剂是骨架铜催化剂（见金属催化剂），现在又开发了生物催化剂。

④炔烃水合　主要是乙炔水合制乙醛：

CH≡CH+H2O─→CH3CHO

工业上用硫酸汞为催化剂，反应在硫酸溶液中进行。这一方法在工业上应用历史较久，但由于汞的污染等问题，现已改用其他方法。

水合过程是有机合成方法之一，但作为重要的生产方法，还只限于少数类型产品，如乙醇及二元醇