水化作用(hydration)是物質(zhì)與水發(fā)生化合的反應(yīng)，又稱水合作用，一般指分子或離子的水合作用。其中當(dāng)鹽類溶于水中生成電解質(zhì)溶液時(shí)，離子的靜電力破壞了原來的水結(jié)構(gòu)，在其周圍形成一定的水分子層，稱為水化。

　　存在形式

　　水溶液中離子一般均以水化離子的形式存在。根據(jù)X射線衍射分析，液態(tài)水是微觀晶體，在短程和短時(shí)間內(nèi)具有與冰相似的結(jié)構(gòu)，即1個(gè)中心水分子周圍有4個(gè)水分子占在四面體的頂角包圍著它，四面體結(jié)構(gòu)是通過氫鍵形成的。5個(gè)水分子沒有占滿四面體的全部體積，是一個(gè)敞開式的松弛結(jié)構(gòu)。離子溶入水中后，離子周圍存在著一個(gè)對(duì)水分子有明顯作用的空間，當(dāng)水分子與離子間相互作用能大于水分子與水分子間的氫鍵能時(shí)，水的結(jié)構(gòu)就遭到破壞，在離子周圍形成水化膜。緊靠離子的第一層水分子定向地與離子牢固結(jié)合，與離子一起移動(dòng)，不受溫度變化的影響，這樣的水化作用稱原水化或化學(xué)水化，它所包含的水分子數(shù)稱為原水化數(shù)。第一層以外的水分子也受到離子的吸引作用，使水的原有結(jié)構(gòu)遭到敗壞，但由于距離稍遠(yuǎn)，吸引較弱，與離子聯(lián)系較松，這部分水化作用稱二級(jí)水化或物理水化。它所包含的水分子數(shù)隨溫度的變化而改變，不是固定值。用不同方法測(cè)定原水化數(shù)，所得結(jié)果相差很大，這是因?yàn)椴煌�方法測(cè)出的數(shù)值，都是原水化數(shù)加上部分二級(jí)水化數(shù)。用不同方法測(cè)出的常見離子的水化數(shù)見表。由表中數(shù)據(jù)可以看出離子半徑小，電荷數(shù)大的離子水化數(shù)大，在它周圍的水分子多，這些水分子都定向地牢固地與離子結(jié)合，失去了獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的能力。離子周圍的第一層水分子數(shù)雖然不變，但并不是同一個(gè)水分子永久地?zé)o限期地留在離子周圍，而是與外界的水分子不斷地相互交換，只是保持水化數(shù)不變。離子水化作用產(chǎn)生兩種影響，一是離子水化作用減少溶液“自由”水分子的數(shù)量，增加離子體積，因而改變電解質(zhì)溶液中電解質(zhì)的活度系數(shù)(使Y±增大)和電導(dǎo)性質(zhì)。這是溶劑對(duì)溶質(zhì)的影響;二是離子水化往往破壞附近水層中的正四面體結(jié)構(gòu)。降低離子鄰近水分子層的相對(duì)介電常數(shù)，這是溶質(zhì)對(duì)溶劑的影響。

　　水化

　　水分子的正、負(fù)電荷中心并不重合，是偶極子。它又有很強(qiáng)的氫鍵作用，故水有特殊的結(jié)構(gòu)。當(dāng)鹽類溶于水中生成電解質(zhì)溶液時(shí)，離子的靜電力破壞了原來的水結(jié)構(gòu)，在其周圍形成一定的水分子層，稱為水化。

　　這層水分子的數(shù)目稱為水化數(shù)(hydration number)。這是一種“溶劑化”過程，任何物質(zhì)的溶解必定伴隨有溶劑化(solvation)，即溶質(zhì)分子或離子通過靜電作用、氫鍵、范氏引力、甚至配鍵與溶劑分子作用產(chǎn)生溶劑化粒子，促進(jìn)了溶解過程。許多物質(zhì)能溶于水，是與水有很強(qiáng)的水化能力分不開的。水化的概念對(duì)于電解質(zhì)溶液結(jié)構(gòu)的探討及其性質(zhì)的理論計(jì)算很重要，但它是靜電作用的結(jié)果，與化學(xué)結(jié)合不同。有些離子能通過配鍵與水分子結(jié)合，形成固定的配位水，如Cu(H2O)42+，可存在于水溶液以至氣態(tài)和離子晶體中，稱為水合離子，其過程為“水合作用”，但英語仍作hydration。

　　水合

　　分子或離子與水結(jié)合而形成水合物或水合離子的過程。物質(zhì)在水中的溶解或離解，主要是通過水化而引起的。在有機(jī)化學(xué)中也指分子中不飽和鍵在催化劑作用下與水分子化合的反應(yīng)。如乙烯與水化合成乙醇。又稱水合。

　　水與另一物質(zhì)分子化合成為一個(gè)分子的反應(yīng)過程。水分子以其氫和羥基與物質(zhì)分子的不飽和鍵加成生成新的化合物，此種合成方法在有機(jī)化工生產(chǎn)中得到應(yīng)用。水以水分子的形式與物質(zhì)的分子結(jié)合形成復(fù)合物(如鹽類的含水晶體，烴類的水合物等)的過程，也可廣義地稱為水合。水合屬于化學(xué)變化

　　水合過程在有機(jī)化工中的最早應(yīng)用是1913年在德國(guó)用乙炔水合制乙醛。當(dāng)前在工業(yè)中的主要應(yīng)用有以下四方面：

　�、傧�烴水合　制備醇類的重要方法，在工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用的是乙烯水合制乙醇以及丙烯水合制異丙醇：

　　根據(jù)馬爾科夫尼科夫規(guī)則,只有乙烯水合可生成伯醇,其他烯烴水合均只能生成仲醇或叔醇。烯烴水合有直接水合和間接水合兩種方法。間接水合法是先用硫酸吸收烯烴成為硫酸酯，后者再進(jìn)行水解。這是較老的生產(chǎn)方法，現(xiàn)已為直接水合法所取代。直接水合法采用酸性催化劑(見酸堿催化劑)，如用載于硅藻土上的磷酸催化劑、氧化鎢、磷鎢酸以及強(qiáng)酸性離子交換樹脂等。烯烴水合是放熱反應(yīng)，溫度低對(duì)平衡有利，但溫度的選定主要決定于催化劑的活性(見催化活性)。升高壓力能提高平衡轉(zhuǎn)化率，但以不致使氣相中的水蒸氣在催化劑表面凝結(jié)為限。

　　②環(huán)氧化合物水合　這是制取二元醇的重要方法，主要是環(huán)氧乙烷水合制乙二醇，以及環(huán)氧丙烷水合制丙二醇：

　　用硫酸為催化劑時(shí)反應(yīng)可在常壓下進(jìn)行，在加壓下可以不用催化劑。

　�、垭娴乃�合　這是工業(yè)上制取酰胺的重要方法，如丙烯腈水合制丙烯酰胺：

　　水合

　　最好的催化劑是骨架銅催化劑(見金屬催化劑)，現(xiàn)在又開發(fā)了生物催化劑。

　�、苋矡N水合　主要是乙炔水合制乙醛：

　　CH呏CH+H2O─→CH3CHO

　　工業(yè)上用硫酸汞為催化劑，反應(yīng)在硫酸溶液中進(jìn)行。這一方法在工業(yè)上應(yīng)用歷史較久，但由于汞的污染等問題，現(xiàn)已改用其他方法。

　　水合過程是有機(jī)合成方法之一，但作為重要的生產(chǎn)方法，還只限于少數(shù)類型產(chǎn)品，如乙醇及二元醇