五水合硫酸铜变成硫酸铜过程中有没有新键生成?
谈到五水合硫酸铜（CuSO₄·5H₂O）转化为无水硫酸铜（CuSO₄）的过程，一个非常有趣的问题是：这个过程中是否有新键生成？答案是：没有新键生成，但原有的化学键在性质上发生了变化，并且分子间的相互作用也发生了根本性的改变。
为了把这个问题讲清楚，咱们得先扒一扒五水合硫酸铜到底是个啥样子，它和无水硫酸铜又有什么不同。
五水合硫酸铜：美妙的蓝宝石
五水合硫酸铜，也就是我们常说的胆矾，它那标志性的美丽蓝色，可不是随便来的。它的化学式是 CuSO₄·5H₂O，意思是说，在一个硫酸铜（CuSO₄）的“核心”周围，紧密地结合了五个水分子（H₂O）。
这里的关键在于“结合”。这五个水分子并不是简单地“塞”在旁边，而是通过一种特殊的化学作用——配位键——和铜离子（Cu²⁺）连接在一起。
铜离子（Cu²⁺）带正电，而水分子（H₂O）虽然整体不带电，但氧原子因为吸引电子的能力更强，会带有部分负电荷，而氢原子则带有部分正电荷。这就形成了一个“极性分子”。
铜离子就像一个“电子的吸铁石”，它的空轨道能够接受水分子中氧原子上未成对的电子，形成一种叫做配位键的化学键。在这个过程中，铜离子和四个水分子形成了一个配位化合物（[Cu(H₂O)₄]²⁺），这个配位离子中的铜和水分子就是通过配位键连接的。
剩下那一个水分子呢？它就比较“随意”一些，它不是直接和铜离子形成配位键，而是通过氢键与已经配位的水分子或其他分子（例如硫酸根离子的氧原子）连接。氢键虽然不如共价键或离子键那么牢固，但它也是一种重要的分子间作用力，能够稳定整个晶体结构。
所以，在五水合硫酸铜的晶体结构中，我们至少看到了两种类型的连接：
1. 铜离子（Cu²⁺）与水分子（H₂O）之间的配位键： 这是形成[Cu(H₂O)₄]²⁺这个复杂离子的关键。
2. 水分子之间的氢键，以及水分子与硫酸根离子（SO₄²⁻）之间的氢键： 这些也构成了整个晶体结构的一部分。
3. 硫酸铜本身（CuSO₄）内部的离子键： 铜离子（Cu²⁺）和硫酸根离子（SO₄²⁻）之间是典型的离子键，依靠静电吸引力结合在一起。
硫酸铜：纯粹的离子化合物
无水硫酸铜（CuSO₄）则完全是另一种样子。它是一种白色粉末，结构上就是由铜离子（Cu²⁺）和硫酸根离子（SO₄²⁻）通过离子键紧密排列而成的离子晶体。在这里，水分子一个都看不到，也没有所谓的配位结构。
加热，就是“分离”
那么，当我们将五水合硫酸铜加热时，会发生什么呢？
加热的本质是给分子提供能量。当温度升高到一定程度时，这些能量就足以克服水分子与铜离子之间的配位键以及水分子之间的氢键。
在这个过程中：
配位键断裂： 铜离子（Cu²⁺）与水分子（H₂O）之间的配位键会断开。
氢键断裂： 水分子之间的氢键也会断开。
水分子逃逸： 随着键的断裂，水分子获得了足够的动能，从固体晶体中逸出，变成水蒸气（H₂O(g)）并离开。
最后，留在固体中的就是孤立的铜离子（Cu²⁺）和硫酸根离子（SO₄²⁻），它们紧密地以离子键结合，形成了无水硫酸铜（CuSO₄）的白色晶体。
回答核心问题：有没有新键生成？
现在我们来看看，在这个“分离”的过程中，有没有“新”的化学键生成？
原有的离子键： CuSO₄内部的Cu²⁺和SO₄²⁻之间的离子键并没有消失，它们依然以离子键的形式结合，只不过脱离了水的“簇拥”。
原有的配位键： CuSO₄·5H₂O中的Cu²⁺和H₂O之间的配位键断裂了。
原有的氢键： CuSO₄·5H₂O中水分子之间的氢键也断裂了。
在这个转变过程中，并没有从无到有地生成新的共价键、离子键或配位键。 所谓的“变化”，是原有键的断裂（配位键和氢键）和原有键的维持（离子键）。
你可以这样理解：就像你拆散了一个由乐高积木搭成的复杂模型，模型中的一些连接（配位键、氢键）被拆开了，但模型本身的积木（离子）并没有改变，它们之间的连接孔（离子键）依然存在，只是现在它们没有被其他积木（水分子）占据。
所以，严格来说，五水合硫酸铜变成硫酸铜的过程中，没有新键生成。 这是一个物理变化和化学变化（键的断裂）的结合过程，但关键在于，它并没有“创造”出新的原子或键的组合。那些构成硫酸铜核心的离子键，自始至终都牢固地存在着。
为了把这个问题讲清楚，咱们得先扒一扒五水合硫酸铜到底是个啥样子，它和无水硫酸铜又有什么不同。
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五水合硫酸铜，也就是我们常说的胆矾，它那标志性的美丽蓝色，可不是随便来的。它的化学式是 CuSO₄·5H₂O，意思是说，在一个硫酸铜（CuSO₄）的“核心”周围，紧密地结合了五个水分子（H₂O）。
这里的关键在于“结合”。这五个水分子并不是简单地“塞”在旁边，而是通过一种特殊的化学作用——配位键——和铜离子（Cu²⁺）连接在一起。
铜离子（Cu²⁺）带正电，而水分子（H₂O）虽然整体不带电，但氧原子因为吸引电子的能力更强，会带有部分负电荷，而氢原子则带有部分正电荷。这就形成了一个“极性分子”。
铜离子就像一个“电子的吸铁石”，它的空轨道能够接受水分子中氧原子上未成对的电子，形成一种叫做配位键的化学键。在这个过程中，铜离子和四个水分子形成了一个配位化合物（[Cu(H₂O)₄]²⁺），这个配位离子中的铜和水分子就是通过配位键连接的。
剩下那一个水分子呢？它就比较“随意”一些，它不是直接和铜离子形成配位键，而是通过氢键与已经配位的水分子或其他分子（例如硫酸根离子的氧原子）连接。氢键虽然不如共价键或离子键那么牢固，但它也是一种重要的分子间作用力，能够稳定整个晶体结构。
所以，在五水合硫酸铜的晶体结构中，我们至少看到了两种类型的连接：
1. 铜离子（Cu²⁺）与水分子（H₂O）之间的配位键： 这是形成[Cu(H₂O)₄]²⁺这个复杂离子的关键。
2. 水分子之间的氢键，以及水分子与硫酸根离子（SO₄²⁻）之间的氢键： 这些也构成了整个晶体结构的一部分。
3. 硫酸铜本身（CuSO₄）内部的离子键： 铜离子（Cu²⁺）和硫酸根离子（SO₄²⁻）之间是典型的离子键，依靠静电吸引力结合在一起。
硫酸铜：纯粹的离子化合物
无水硫酸铜（CuSO₄）则完全是另一种样子。它是一种白色粉末，结构上就是由铜离子（Cu²⁺）和硫酸根离子（SO₄²⁻）通过离子键紧密排列而成的离子晶体。在这里，水分子一个都看不到，也没有所谓的配位结构。
加热，就是“分离”
那么，当我们将五水合硫酸铜加热时，会发生什么呢？
加热的本质是给分子提供能量。当温度升高到一定程度时，这些能量就足以克服水分子与铜离子之间的配位键以及水分子之间的氢键。
在这个过程中：
配位键断裂： 铜离子（Cu²⁺）与水分子（H₂O）之间的配位键会断开。
氢键断裂： 水分子之间的氢键也会断开。
水分子逃逸： 随着键的断裂，水分子获得了足够的动能，从固体晶体中逸出，变成水蒸气（H₂O(g)）并离开。
最后，留在固体中的就是孤立的铜离子（Cu²⁺）和硫酸根离子（SO₄²⁻），它们紧密地以离子键结合，形成了无水硫酸铜（CuSO₄）的白色晶体。
回答核心问题：有没有新键生成？
现在我们来看看，在这个“分离”的过程中，有没有“新”的化学键生成？
原有的离子键： CuSO₄内部的Cu²⁺和SO₄²⁻之间的离子键并没有消失，它们依然以离子键的形式结合，只不过脱离了水的“簇拥”。
原有的配位键： CuSO₄·5H₂O中的Cu²⁺和H₂O之间的配位键断裂了。
原有的氢键： CuSO₄·5H₂O中水分子之间的氢键也断裂了。
在这个转变过程中，并没有从无到有地生成新的共价键、离子键或配位键。 所谓的“变化”，是原有键的断裂（配位键和氢键）和原有键的维持（离子键）。
你可以这样理解：就像你拆散了一个由乐高积木搭成的复杂模型，模型中的一些连接（配位键、氢键）被拆开了，但模型本身的积木（离子）并没有改变，它们之间的连接孔（离子键）依然存在，只是现在它们没有被其他积木（水分子）占据。
所以，严格来说，五水合硫酸铜变成硫酸铜的过程中，没有新键生成。 这是一个物理变化和化学变化（键的断裂）的结合过程，但关键在于，它并没有“创造”出新的原子或键的组合。那些构成硫酸铜核心的离子键，自始至终都牢固地存在着。
网友意见
CuSO₄·5H₂O 中，硫酸根是 μ₂ 型配体。如下图[1]，硫酸根以两个氧原子桥接在两个铜之间，另外两个氧不与铜配位。
CuSO₄ 中，为了满足 Cu²⁺ 的四配位结构，每个硫酸根也需要与四个铜相连。如下图[2]，一个氧单独桥接在两个铜之间（如左上、右下的红球），一个氧不配位[3]，其余两个氧分别与两个铜相连。
所以五水硫酸铜脱水的过程形成了新的 Cu−O 键。
参考
- ^Origins of Contrasting Copper Coordination Geometries in Crystalline Copper Sulfate Pentahydrate. https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2015/cp/c5cp05554g
- ^ https://zh.wikipedia.org/wiki/硫酸铜
- ^ 更准确地说，Cu²⁺ 为 Jahn–Teller 效应下的拉长的畸变八面体配位，这个氧与铜离子弱配位。
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