水和とはどのような現象かわかりやすく解説してみた

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。

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。

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。

水和とはどんな原理なのか？

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。

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。

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。

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？

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。

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。

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。

ちょっと間が飛びましたが、水和物の話を続けていきます。

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（SO₄^2-）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、SO₄^2-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。

硫酸銅のSO₄^2-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、SO₄^2-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SO₄^2-は、1/２個だと考えます。

なので、SO₄^2-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