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对于整个地球来说,水约占地球面积的71%,其中绝大部分都是海水。因此,自然界中绝大多数物种都存在于盐水溶液中,绝大多数反应都是在盐水溶液中进行的。研究盐水溶液对各物种存在及各反应的影响是意义重大的,尤其是介稳态物质的存在及反应。但由于水溶液结构的多变性,氢键网络的复杂性,很难在实验上清楚解释水与这些物种或反应间的关系。本文使用分子动力学模拟,电子连续校正,平均力场势模拟以及量子化学计算和光谱计算详细地从分子水平上研究了水合作用对溶液中物种结构特征与缔合过程的影响:本文使用分子动力学模拟研究水合壳层对离子团簇性质的影响。研究结果表明[CaClx]2-x（x=46）物种的水合壳层可以增加其稳定性。在水溶液中我们可以观测到[CaClx]2-x（x=46）物种的第三水合壳层收缩,而[CaCl]+或[CaCl2]0物种并没有出现这一现象。Ca2+收缩的第三水合壳层与第二水合壳层在[CaClx]2-x（x=46）团簇周围形成致密的内水合壳层结构,促进了[CaClx]2-x（x=46）物种在水溶液中存在。这些离子团簇的内水合壳在其周围形成独特的氢键网络,充当“水合笼”结构,将多个Cl–离子限制在Ca2+周围,并促进水溶液中[CaClx]2-x（x=46）物种的出现。我们的研究结果表明,一些离子团簇的结构特征与其独特的水合特性结合,对水溶液中物种分配与物种结构特征以及缔合过程产生了巨大的影响。为了进一步研究团簇周围的水合壳层结构对高配位氯化物种存在的影响,我们使用以上相同的计算方法比较了[CuClx]2-x（x=46）、[ZnClx]2-x（x=46）、[CaClx]2-x（x=46）三个体系下高配位氯化物种的性质。结果表明在稀溶液中[CaClx]2-x（x=46）、[CuCl4]2-、[ZnCl4]2-团簇结构都能相对稳定存在。而对于[CuCl4]2-、[ZnCl4]2-物种并没有像[CaClx]2-x（x=46）物种出现第三水合壳层的收缩第二水合壳层的扩张现象。这里的研究结果显示高配位氯化物种的水合壳层都有一个共同的特征:第二水合壳层内水分子存在时间较长,内水合壳层的密度分布相对于自由的金属离子是不均匀的,第二壳层内的水分子排布混乱。这些高配位氯化物种的内水合壳层具有熵增效应,这一熵增效应可能使这些高配位氯化物种周围水合壳层更加稳定,从而促使了高配位氯化物种的存在。水溶液中砷污染一直是人类亟待解决的问题,而亚砷酸更强的毒性及含量使我们对其在水溶液中的除去机制与微观因素产生兴趣。本文采用密度泛函理论计算研究了水溶液中的铁物种对亚砷酸的除去作用。研究表明溶液中[Fe]aq3+与亚砷酸主要以外球形结构缔合。铁物种的水合能越大则其缔合作用越弱。这说明吸附材料的水合越弱越有利于亚砷酸的除去。考虑不同酸碱性,[Fe]aq3+与亚砷酸间的缔合作用会随着溶液碱性增强而逐渐减弱,但当碱性达到一定程度时,它们间的缔合作用可能开始变强。铁凝胶与亚砷酸间的缔合作用也具有相类似的性质。液相计算表明[Fe2O（OH）3（H2O）7]+铁凝胶与亚砷酸以溶剂共享离子对（SSIP）构型缔合的团簇结构相对稳定,由于其第二水合壳层内的水分子平均水合能最弱。我们的研究结果表明,铁凝胶在水相中吸附亚砷酸可以通过共水化壳层实现,也进一步表明了离子团簇的水合对于团簇的缔合作用有很大的影响。