水合反應

水合反應（ hydrated reaction），也叫作水化。是無機化學中指物質溶解在水裡時，與水發生的化學作用。一般指溶質分子（或離子）和水分子發生作用，形成水合分子（或水合離子）的過程。

基本介紹

• 中文名：水合反應
• 外文名：hydrated reaction
• 類型：化學反應
• 媒介：水

例子

如無水硫酸銅與水作用生成五水硫酸銅：CuSO₄+5H₂O=CuSO₄˙5H₂O

有機化學中指分子中的不飽和鍵（雙鍵或三鍵）在催化劑作用下與水化合的作用。如乙烯與水在一定溫度、壓力和催化劑的條件下，發生反應生成乙醇：

CH₂=CH₂+H₂O=CH₃CH₂OH

定義

溶質的分子或離子與溶劑的分子相結合的作用稱為溶劑化作用。對於水溶液來說，這種作用稱為水合作用。

水合作用

有機不飽和烯烴酸催化的水合作用

酸催化水合反應中，一般使用稀硫酸進行催化，處理烯烴可合成醇，遵循馬爾科夫尼科夫規則（Markovnikov's rule），反應屬於親電加成，產生碳正離子中間體（SN2），可為任意一級碳正離子，反應過程中，如形成的碳正離子不穩定（例如一級碳正離子），電子或基團會發生轉移，形成更加穩定的碳正離子作為中間體。因為在水中，烯烴與醇化物存在化學反應平衡，所以該反應可逆。

如右圖所示，電子和功能團的轉移，趨向生成三級碳正離子。

水合反應總公式可表示為：

反應中，親電的氫用於斷裂雙鍵，使產生碳正離子。

酸催化下，反應原理如下：

酸催化水合反應溫度控制

因為水合反應與脫水反應存在化學平衡，脫水反應在較高溫度下有優先性，於是水合反應當儘量控制在稍低的溫度，以免平衡逆向。根據產物不同，反應控制的溫度也不同。

1. 一級碳正離子：低於170攝氏度
2. 二級碳正離子：低於100攝氏度
3. 三級碳正離子：低於25攝氏度

酸催化水合反應相對速率

有機化學反應中，反應速率往往與反應中間碳穩定性相關，穩定性越高，反應速率相對越高。
在酸催化水合反應中，可形成三級碳正離子中間體的反應物往往反應最快，其次則是二級碳正離子，再其次則是一級碳正離子，如前文所言，一級碳正離子由於其能量過高，甚至會無法形成。

形成碳正離子的步驟，是水合反應中的速率決定性步驟，而形成三級碳正離子的速率可以是形成二級碳正離子的百倍，中間體穩定的重要性對化學反應速率的影響可見一斑。

金屬離子之水合反應情形

Na⁺ + nH₂O → [Na(H₂O)_n]⁺

Al₃⁺ +6H₂O → [Al(H₂O)₆]³⁺→ [H₃O]⁺[Al(H₂O)₅OH]²⁺

PCl₃ + 6H₂O → H₃PO₃ + 3H₃O⁺ + 3Cl^-

套用

在美容化妝品的產品宣傳中，經常看到“水合作用”的提法，例：某款產品含某種成份能提升肌膚細胞的水合作用。那么，什麼是細胞間的水合作用？

我們都知道細胞的結構，細胞的外層是一種生物膜，稱為細胞膜，屬於半透膜（或稱選擇透過性），它既能使細胞維持穩定代謝的胞內環境，又能調節和選擇物質進出細胞。

細胞吸收的重要介質是水，任何細胞營養元素的攝入都首先要溶於水中，或水解成細胞可吸收的大小，然後通過濃度擴散的方式通過細胞膜進入細胞體內，這個過程就是“水合作用”。