水和とはどのような現象かわかりやすく解説してみた

水和とは?
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しょうご
化学で水和ってどういう現象なんだろうか? なんとなく水と馴染んでいる感じはするんだけど、厳密にどういう現象かわからない。
しょうご
硫酸銅五水和物っていう溶解度のところでよくでてくる結晶と「水和」ってどう関係しているのかな?

こういう疑問にお答えします。

本記事の内容
  1. 水和って化学的にどのような現象なんだろう?
  2. 硫酸銅五水和物はどのように「水和」しているのか?
  3. 「水和水」「水和物」のような用語がしっかり理解できる

なんとなく知っているって人が非常に多い分野だと思います。

きっちり理解するためにこの記事をぜひ最後まで読んでください。

※2分ほどで最後まで読めますので、関連記事も読んで見てください。

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水和とはどんな原理なのか?

水分子が引力で
水和とは?

水分子が粒子を結合で取り囲むこと。

水に溶けるとき、溶質粒子を水分子が取り囲んで引き剥がしていきます。

この時の取り囲む現象を「水和」と言います。

言葉ではよくわからないと思いますので、「水に溶ける」という現象を詳しくみていきましょう。

+ーが書かれているつぶつぶをイオン結晶のNaClあたりだと思っておいてください。

水分子が引力で

このように、端っこの粒子から水分子で取り囲みます。水分子はHとOで電気陰性度に差があります。

なので、陽イオンとは、Oの非共有電子対が、陰イオンとは、Hのδ+が静電気的な引力で引き合います。

すると、このように引力でくっついたものが引き剥がされます。水に溶ける様子

そして水がまとわりついた粒子は、熱運動で元の結晶から離れていきます。

このようにして、どんどん溶媒の中でバラバラに引き離された状態が「水に溶ける」という状態です。

 

そして、水和とは、水分子に極性の引力でくっつかれて、取り囲まれた状態のことを言います。

こういう状態が水和です。

水をヤンキーに例えると、

友達と引き離される1

友達と歩いていたら、

ヤンキーの水分子に取り囲まれ(この状態が水和

引き離されて水に溶けるのです。

 

つまり、水に溶けている時点で「水和」しているのです。別にイオンだけでなくて極性のある分子も水和します

水素結合水溶液

このように、エタノールなんかも水に水素結合でまとわりつかれます。これも水和です。

ちなみに、この水和している水分子のことを水和水と言います

水和水を持つ硫酸銅五水和物はどういう状態?

硫酸銅五水和物

水和物といえば、高校化学で一番有名なのは硫酸銅五水和物でしょう。

しょうご
水和というのは溶解の時に起こるって言ってたのに、なんで結晶でも水和しているの?

と思うかもしれません。

硫酸銅五水和物は、下の構造のように水分子が完全に「化学結合(配位結合)」をしています。

どういうことかわからないですか?

では、もっとズームアップしていきますね。銅と水分子の平面構造だけ見ていきます。

銅の周りを4つの水分子が水和しているぜ

これです。銅イオンCu2+の周りに4つの水分子が配位結合しているんです。なので、水に溶けずに結晶の中に水分子が取り込まれています。

このように水和水が結晶に取り込まれているものを「水和物」と言います。

一旦補足で化学結合の話を挟みますが、続けて水和物の話もしていきます。

ちなみに、化学結合は、共有結合とイオン結合と金属結合のことを言います。また配位結合は結合してしまえば、共有結合と見分けがつかないため、化学結合の1種と扱われます。

高校化学では、便宜的に3種類に分けられていますが、本当のところは全て共有結合です。これらを電気陰性度の差で区別しているのです。

このことを理解すると、ハロゲン化銀ではぜフッ化銀だけは水に溶けるのに、他は沈殿するのか? などの本質的理解をすることができます。

↓詳しくはこちらの記事↓

化学結合の種類の見分け方〜あなたも100%間違って理解している〜

ちょっと間が飛びましたが、水和物の話を続けていきます。

しょうご
でも硫酸銅五水和物じゃないの? 水は4個しかないし、硫酸イオン(SO42-)が見当たらない、、、

そう思っているでしょう。それでは、ここから硫酸銅五水和物ができていく流れをご覧ください。

先ほどの[Cu(H2O)4]2+に対して、SO42-が再び配位結合をしていきます。

Cuの上下に配位結合をしていきます。

これでも、まだH2Oが足りませんよね。てな訳でここから解説していきますよ。

最後の残り1つ足りない水は、硫酸銅の4つ水分子が配位結合しているもので共有するのです。

このように、間に水分子が水素結合で挟まります。これが5個目の水分子なのです。

しょうご
硫酸銅のSO42-は2つだし、H2Oもこれだと6個になるんじゃ無いんですか?

そう思うかもしれません。ですが、SO42-は上下の銅イオンで共有されていると考えます。なので、片方の銅イオンと配位結合しているSO42-は、1/2個だと考えます。

硫酸銅五水和物の結晶構造だぜ

なので、SO42-は1/2ずつなのでそれが2個で1個と考えます。水素結合で挟まれている水分子も上下で1/2個ずつと考えると、1個です。

よって、硫酸銅五水和物、CuSO4・5H2Oとなるのです。

ちなみに、硫酸銅五水和物と言えば、ほぼほぼ間違いなく「固体の溶解度」の問題が出題されます。

CuSO4・5H2Oで溶質はどこまでなのか? 5H2Oは溶媒として扱うのか?

などきっちり理解していない人が多いため、しょっちゅう狙われる問題です。なので、この機会に確実にマスターしておいてください。

まとめ

重要ポイント
  • 水和とは水分子が粒子の周りに結合してまとわりつくこと
  • 水和水が結晶に入り込んでいるものを水和物という。
用語まとめ

水和・・・水分子が静電気的な引力で取り囲むこと

水和水・・・水溶液中や結晶中で、分子またはイオンと※強い相互作用で結び付いた水分子の総称。

※強い相互作用とは、極性による静電気的な引力のこと。配位結合も含む

水和物・・・ 水和水を持つ結晶

錯イオン・・・金属原子に配位結合で繋がったイオン。

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ABOUTこの記事をかいた人

受験化学コーチわたなべ

浪人の夏休みまで死ぬほど勉強したにも関わらず偏差値50を割ることも。そんな状態から効率よく化学を学び化学の偏差値を68まで爆発的に伸ばした。その経験を塾講師としてリアル塾で発揮するも、携われる生徒の数に限界を感じ化学受験テクニック塾を開講。 自己紹介の続きを読む。