Hydratation
Was ist die Hydratation und auf welchen Kräften beruht sie? Wovon hängt es ab, wie viel Energie bei der Hydratation frei wird? Das erklären wir dir in dem folgenden Beitrag.
Um das Thema noch schneller zu verstehen, kannst du dir gerne unser Video dazu anschauen!
Inhaltsübersicht
Hydratation einfach erklärt
Als Hydratation (auch Hydration) bezeichnest du vor allem die Anlagerung von Wassermolekülen an Ionen oder polaren Molekülen. Damit ist die Hydratation ein Spezialfall der Solvatation für das Lösungsmittel Wasser.
Die Hydratation bezeichnet die Anlagerung von Wassermolekülen an Ionen oder polare Moleküle.
Die Solvatation bezeichnet die Anlagerung eines beliebigen Lösungsmittels an Ionen oder polare Moleküle.
Auch die Bildung von Hydraten, wo sich Wassermoleküle als Kristallwasser in Festkörpern einlagern, bezeichnest du als Hydratation. Dieser Sonderfall ist beispielswese wichtig in der Bauchemie.
Hydrathülle
Die Hydrathülle bezeichnet die „Hülle“ an Wassermolekülen, die sich an ein Ion anlagern. Hierbei beruht die Ausbildung der Hydrathülle auf elektrostatischen Kräften (Ion-Dipol-Wechselwirkungen) zwischen Ion und Wassermolekül.
Das Wassermolekül ist aufgrund der hohen Elektronegativität des Sauerstoffs am Sauerstoffatom partiell negativ geladen. In unserem Fall ist das Ion positiv geladen, also ein Kation . Die negativen Enden des Wassermoleküls richten sich zum Kation aus, da sich positive und negative Ladungen anziehen.
Hingegen richtet sich die partiell positive Seite des Wassermoleküls, also die Wasserstoffatome zu einem Anion aus.
In der Regel besteht die Hydrathülle aus 4 oder 6 Wassermolekülen. Die erste Schicht bezeichnest du auch als erste Sphäre. Um diese erste Sphäre kann sich bei kleinen Ionen noch eine zweite Sphäre, also zweite Schicht an Wassermolekülen ausbilden.
In Reaktionsgleichungen nimmst du die exakte Anzahl an Wassermolekülen in der Hydrathülle in der Regel nicht auf. Du kannst jedoch hydratisierte Ionen wie folgt kennzeichnen:
NaCl(s) + H2O → Na+(aq) + Cl–(aq) + H2O
Die tiefstehende Markierung „(aq)“ steht dabei für aquatisiert beziehungsweise hydratisiert.
Hydratationsenthalpie
Bei der Hydratation eines Ions wird Energie frei, die Hydratationsenthalpie ΔHHyd. Die Hydratationsenthalpie ist anhängig von Ionengröße und Ionenladung.
| Ion | Ionenradius [nm] | ΔHHyd [kJ ⋅ mol-1] |
| Li+ | 0,059 | -508 |
| Na+ | 0,095 | -398 |
| K+ | 0,132 | -307 |
| Mg2+ | 0,065 | -1097 |
| Ca2+ | 0,097 | -1577 |
Gucken wir uns erstmal Ionen mit gleicher Ladung, aber unterschiedlicher Größe an. Dabei ist der Ionenradius ein Maß für die Ionengröße. Kleinere Ionen mit gleicher Ladung haben eine größere Hydrathülle. Bei kleinen Ionen ist nämlich die Ladung konzentrierter als bei größeren Ionen. Hat dein Ion eine größere Hydrathülle, so lagern sich mehr Wassermoleküle um dein Ion an und deine Hydratationsenthalpie nimmt zu.
Mit zunehmender Ladung nimmt ebenfalls deine Ladungskonzentration zu und somit auch deine Hydratationsenthalpie.
Hydratation Ionenradius
Ionenradien von „nackten“ Ionen nehmen mit steigender Ordnungszahl gewöhnlicherweise zu. Jedoch werden zugehörigen, hydratisierten Ionen mit steigendem Ionenradius kleiner, da die Ladungskonzentration mit steigender Ordnungszahl abnimmt. Somit werden die Radien von hydratisierten Ionen mit steigender Ordnungszahl kleiner.
Hydratation Beton
Wichtig ist die Hydratation vor allem in der Bauchemie. Zuerst reagiert das Zement mit den Zusatzstoffen und Wasser in einer Hydratationsreaktion, wodurch der Zement fest wird. Das übriggebliebene Wasser verdunstet danach, wobei das Endprodukt Beton ist. Der gesamte Prozess wird Abbindung von Beton genannt.