許多物質從水溶液中析出晶體時，晶體中往往含有壹定數量的水分子，這些水分子稱為結晶水。含有結晶水的物質稱為結晶水合物。
結晶水合物中的水分子是結晶水合物化學固定成分的壹部分。
水合物是含有壹定量水分子的固體化合物。水合物中的水以確定的量存在，例如硫酸銅 CuSO4 的水合物成分為 CuSO4-5H2O。水合物中的水有幾種不同的結合方式：壹種是作為配體，配位在金屬離子上，稱為結晶配體水；另壹種是與陰離子結合，稱為結晶陰離子水。例如，CuSO4-5H2O 在加熱到 113℃時只失去 4 個分子的水。只有加熱到 258℃以上時，最後壹個水分子才能脫落。可以看出，四個水分子作為配位體配位在銅離子上，即[Cu(H2O)4]2+；另壹個水分子與硫酸鹽結合。壹般認為，壹個水分子通過氫鍵與其中的氧原子相連。根據水分子的結合方式，CuSO4-5H2O 的結構式可寫成 [Cu(H2O)]4][SO4(H2O)]。其他許多水合硫酸鹽晶體，如 FeSO4-7H2O、NiSO4-7H2O 和 ZnSO4-7H2O 也具有相同的結合方式。
在過渡金屬的水合物中，相同成分的水合物往往會因為其中水分子的結合模式不同而改變性質。例如，無水三氯化鉻呈紫紅色，它的水合物是深綠色晶體，實驗式為 CrCl3-6H2O。實驗證明，6 個水分子中，只有 4 個水分子和 2 個氯離子作為配位體與鉻離子結合在[Cr(H2O)4Cl2]+的內界，無論在結晶狀態還是在水溶液中都是穩定的，因此這種水合物的結構式可寫成[Cr ( H2O)4Cl2]Cl-2H2O 。如果將墨綠色晶體的溶液冷卻到 0°C 以下，並通入氯化氫氣體，則會析出紫色晶體，其結構式為 [Cr(H2O)6]Cl3。如果用乙醚處理紫色晶體的溶液並通入氯化氫氣體，則會析出淺綠色晶體，其結構式為[Cr(H2O)5Cl]Cl2-H2O。
水也不能直接與陽離子或陰離子結合，而是以壹定的比例存在於晶體中，占據晶格中的某個位置。這種結合形式的水被稱為晶格水，壹般含有 12 個水分子。有些晶體化合物也含有水，但不是以壹定比例存在。例如沸石和其他矽酸鹽礦物。有些不溶性金屬氫氧化物實際上是水合物。
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