硫酸銅晶體的結構探討：內容更正和進階探討 施建輝 國立新竹科學園區實驗高級中學教育部高中化學學科中心schemistry0120@gmail.com n  更正啟事 本人於《臺灣化學教育》第三期撰寫之文章〈硫酸銅晶體的結構探討〉，近期上課與學生分享時，學生提出一些問題，本人當場意識到我犯了嚴重錯誤，因此趕緊寫這篇更正版，以免誤導讀者，甚至造成引用者發生更嚴重的問題。以下是更正後內容和進階探討，請各位指教。 n  無水和五水合硫酸銅晶體和粉末的外觀 無水硫酸銅（CuSO4, copper(II) sulfate anhydrous）粉末的顏色呈無色，如圖1所示。五水合硫酸銅（CuSO4‧5H2O, copper(II) sulfate pentahydrate）晶體呈現藍色，而粉末狀則呈現藍綠色，如圖2所示。   圖1：無水硫酸銅（CuSO4）粉末（右）及其粉末滴加水後（左）的外觀 （圖片來源：由左而右，https://en.wikipedia.org/wiki/Copper(II)_sulfate，https://simple.wikipedia.org/wiki/Copper(II)_sulfate）   圖2：五水合硫酸銅（CuSO4‧5H2O）晶體（左）及其粉末（右）的外觀 （圖片來源：由左而右，https://en.wikipedia.org/wiki/Copper(II)_sulfate，https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Copper(II)-sulfate-pentahydrate-sample.jpg） n  內容更正：五水合硫酸銅晶體的結構 一、   第三期的原文描述到：結合兩個硫酸銅的硫酸根誤植為上下各1個，如圖3所示。這樣的結構會導致硫酸銅（CuSO4）所帶的結晶水之個數是錯誤的。計算其結晶水如下： 1.        原圖：以圖3的左半邊的銅離子（Cu2+）來看，它的上下方各有1個硫酸根（SO42−），但其中的一個硫酸根與其他銅離子共用。因此，此處的銅離子的硫酸根個數為1，符合五水合硫酸銅（CuSO4‧5H2O）晶體化學式中Cu2+：SO42−＝1：1。此外，此一銅離子的周圍有4個配位鍵結的水分子（H2O），完全屬於這個銅離子。 2.        原圖的延伸。以圖3的整張圖來看，位於中間上下各有1個水分子，它們與結構的左右兩邊以氫鍵結合在一起。此2個水分子中，左方的銅離子分到1個水分子，加上4個配位鍵結的水分子，共計5個水分子，「似乎」符合「五水合」這個名稱。然而，錯誤就是發生在此！因為晶體會往四周延伸，因此延伸至左右的部份又有四個水分子，與這兩個結構以氫鍵結合在一起，這四個水分子以黃色表示，如圖4所示。這樣一來，每個銅離子再分到1個水分子，水分子的總個數是6個而非5個，硫酸銅晶體化學式將是CuSO4‧6H2O。因此，圖4之結構圖也是錯的。 圖3：第三期原文描述的五水合硫酸銅晶體之結構圖（左），這張圖的結構式不正確。 圖4：延伸後的五水合硫酸銅晶體之結構圖（右），這張圖的結構式仍然不正確。 二、   更正：結合兩個硫酸銅的結晶水應只有1個。硫酸銅晶體的化學式與所帶結晶水個數的計算如下： 1.        以圖5的來看，銅離子與硫酸根結合的結晶水個數與圖3相同。再者，銅離子的周圍有4個配位鍵結的水分子，所有的結晶水屬於這個銅離子。 2.        更正說明：只有1個水分子與左右兩個結構以氫鍵結合在一起，左右各分到  個水分子。與圖4相似，將晶體往四周延伸，如圖6所示，因此延伸至左右的部份將又有1個水分子與兩個結構以氫鍵結合在一起，這樣一來，每個銅離子將再分到  個水分子，加上前述  個水分子，共1個水分子。再者，銅離子有4個配位鍵結的水分子和以氫鍵結合的1個水分子，得到水分子的總個數是5個，符合硫酸銅晶體的化學式：CuSO4‧5H2O。 圖5：更正後的部分結構圖，這張圖的結構式不完整。 圖6：更正後五水合硫酸銅晶體延伸的結構圖，這張圖的結構式才正確。 n  內容更正：五水合硫酸銅晶體受熱失去結晶水的過程 一、   CuSO4‧5H2O晶體加熱至102℃時 1.        第三期的原文描述到：與銅離子配位且不與其他配位基生成氫鍵的水分子，先脫離2個H2O而生成CuSO4‧3H2O，如圖7（左）所示。 2.        更正說明：圖7（左）兩旁上方的兩個水分子（H2O被框住的上方兩個紅框）在延伸結構圖中，與圖4相同，其實兼具配位鍵與氫鍵，與下方兩個水分子僅具配位鍵，兩種水分子的鍵結是不同的，因此不會在相同的溫度（102℃）同時失去。應該是結構式下方的兩個水分子僅具配位鍵，如圖7（右）所示。失去的這4個水分子，分屬兩單元的CuSO4‧5H2O晶體，每一單元平均失去2個H2O，所以化學式為CuSO4‧3H2O。   圖7：加熱至102℃失去的結晶水（左，原文），加熱至102℃失去的結晶水（右，更正） 二、   CuSO4‧3H2O　晶體加熱至113℃時 1.        […]