水化作用(hydration)是物質(zhì)與水發(fā)生化合的反應，又稱水合作用，一般指分子或離子的水合作用。其中當鹽類溶于水中生成電解質(zhì)溶液時，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，在短程和短時間內(nèi)具有與冰相似的結(jié)構(gòu)，即1個中心水分子周圍有4個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個水分子沒有占滿四面體的全部體積，是一個敞開式的松弛結(jié)構(gòu)。離子溶入水中后，離子周圍存在著一個對水分子有明顯作用的空間，當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，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，不受溫度變化的影響，這樣的水化作用稱原水化或化學水化，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，吸引較弱，與離子聯(lián)系較松，這部分水化作用稱二級水化或物理水化。它所包含的水分子數(shù)隨溫度的變化而改變，不是固定值。用不同方法測定原水化數(shù)，所得結(jié)果相差很大，這是因為不同方法測出的數(shù)值，都是原水化數(shù)加上部分二級水化數(shù)。用不同方法測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，失去了獨立運動的能力。離子周圍的第一層水分子數(shù)雖然不變，但并不是同一個水分子永久地無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)和電導性質(zhì)。這是溶劑對溶質(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介電常數(shù)，這是溶質(zhì)對溶劑的影響。

　　水化

　　水分子的正、負電荷中心并不重合，是偶極子。它又有很強的氫鍵作用，故水有特殊的結(jié)構(gòu)。當鹽類溶于水中生成電解質(zhì)溶液時，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，促進了溶解過程。許多物質(zhì)能溶于水，是與水有很強的水化能力分不開的。水化的概念對于電解質(zhì)溶液結(jié)構(gòu)的探討及其性質(zhì)的理論計算很重要，但它是靜電作用的結(jié)果，與化學結(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。在有機化學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。如乙烯與水化合成乙醇。又稱水合。

　　水與另一物質(zhì)分子化合成為一個分子的反應過程。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化工生產(chǎn)中得到應用。水以水分子的形式與物質(zhì)的分子結(jié)合形成復合物(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。水合屬于化學變化

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

　　①烯烴水合　制備醇類的重要方法，在工業(yè)上得到廣泛應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、磷鎢酸以及強酸性離子交換樹脂等。烯烴水合是放熱反應，溫度低對平衡有利，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。

　�、诃h(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：

　　用硫酸為催化劑時反應可在常壓下進行，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，反應在硫酸溶液中進行。這一方法在工業(yè)上應用歷史較久，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