
【化】 hydrated cation
hydration
【化】 hydration
【醫】 hydration
cation; positive ion
【化】 cation
【醫】 cathodolyte; cation; kathion; kation; positive ion
水合陽離子(Hydrated Cation)是溶解于水中的陽離子與水分子通過配位鍵結合形成的穩定結構。這一現象在電解質溶液中普遍存在,其水合作用直接影響溶液的物理化學性質。根據國際純粹與應用化學聯合會(IUPAC)定義,水合作用包含離子與極性水分子間的靜電相互作用和配位結合[參考:IUPAC Gold Book,https://goldbook.iupac.org/]。
從結構特征看,典型的水合陽離子如[ Al(H_2O)_6^{3+} ]呈現八面體構型,中心金屬離子被六個水分子包圍。水合數(配位水分子的數量)取決于離子半徑和電荷密度,例如鈉離子(Na⁺)通常具有4-6個配位水分子,而鎂離子(Mg²⁺)可達6-8個[參考:University of Cambridge化學系教材,https://www.ch.cam.ac.uk/]。
在實際應用中,水合陽離子的遷移率影響電池電解質的導電性能。美國能源部研究顯示,锂離子電池中Li⁺的水合層結構會降低離子遷移速度[參考:DOE報告,https://www.energy.gov/]。生物體内,鈣離子(Ca²⁺)的水合狀态對細胞信號傳導和酶活性調節起關鍵作用[參考:Nature Chemistry,https://www.nature.com/nchem/]。
水合陽離子是指陽離子(帶正電荷的離子)在水中與水分子通過極性作用結合形成的複合結構。以下是詳細解釋:
形成機制與結構特點
當鹽類溶解于水時,陽離子(如Na⁺、Fe²⁺)會被極性水分子包圍。由于水分子具有強極性,其帶負電的氧端會定向排列在陽離子周圍,形成穩定的配位結構。例如,[Fe(H₂O)₆]²⁺表示一個Fe²⁺被6個水分子配位包圍()。
溶劑化作用的關鍵性
水分子的極性導緻陽離子與H₂O之間産生靜電吸引,這種作用稱為溶劑化。溶劑化能削弱陽離子與陰離子間的靜電引力,促使離子化合物溶解()。
水合陽離子的作用
典型示例
常見的水合陽離子包括:[Mg(H₂O)₆]²⁺(六水合鎂離子)、[Al(H₂O)₆]³⁺(六水合鋁離子)等。這類結構在溶液中普遍存在()。
水合陽離子是溶液化學的核心概念,其形成依賴于水分子極性與離子間的相互作用,對物質溶解、反應及溶液性質有重要影響。
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