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2025-01-28T11:58:55Z

Wasser an unpolaren Teilchen (hydrophobe Hydratation): verlorenen Link wiederhergestellt

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{{Dieser Artikel|behandelt die Anlagerung von [[Wassermolekül]]en. Der Begriff ist nicht zu verwechseln mit der '''[[Hydratisierung]]''', bei der eine [[chemische Reaktion]] von [[Wasser]] an einem Substrat stattfindet, und der '''[[Hydrierung]]''', welche die [[Additionsreaktion|Addition]] von [[Wasserstoff]] beschreibt.}}

Unter '''Hydratation''' oder '''Hydration''' versteht man die Anlagerung von [[Wassermolekül]]en
* an [[Lösung (Chemie)|gelöst]]e [[Ion]]en. Dadurch entsteht eine '''Hydrathülle''' (auch '''Hydrat-Sphäre''').
* an [[Polarität (Chemie)|polar]]e Neutralmoleküle, insbesondere wenn [[Wasserstoffbrückenbindung]]en gebildet werden können.
* in [[Festkörper]]n ([[Mineral]]ien) als [[Kristallwasser]] zur Bildung von [[Hydrate]]n.

Mit „Hydratation“ bezeichnet man somit den Spezialfall der [[Solvatation]] für das [[Lösungsmittel]] [[Eigenschaften des Wassers|Wasser]].

Von technischer Bedeutung im [[Bauwesen]] ist die Hydratation von<ref name="Marbun">Bonar Marbun: [https://d-nb.info/979684390/34 Kinetik der Hydratation von CaO und MgO], Dissertation, Februar 2006, Fakultät für Natur- und Materialwissenschaften, Technische Universität Clausthal</ref>
* [[Calciumoxid]] ''(Branntkalk)'' zu [[Calciumhydroxid]] ''(Löschkalk)''
* [[Magnesiumoxid]] ''(gebrannte Magnesia)'' zu [[Magnesiumhydroxid]] und
* [[Zement]] zu [[Calciumsilicathydrat]]en.

== Wasser an gelösten Ionen ==
[[Datei:Na+H2O.svg|thumb|Hydratation eines Natriumions]]

Die Hydratation erfolgt aufgrund der [[elektrostatische Kraft|elektrostatischen Kräfte]] zwischen den [[elektrische Ladung|geladenen]] Ionen und den Wasser-[[Dipolmolekül|Dipolen]] (Ion-Dipol-Wechselwirkung). Unter Ausbildung von Wasserstoffbrücken zur ersten Hydrathülle können sich weitere Wassermoleküle anlagern und so eine weitere Hydrat-Sphäre bilden.

Als Maß für die Neigung der Ionen, sich mit Wassermolekülen zu verbinden, dient die [[Hydrationsenergie]]. Dies ist die Energie, die erforderlich ist, um die Ionen aus der [[wässrige Lösung|wässrigen Lösung]] in eine unpolare Umgebung zu bringen.

Die Anzahl der gebundenen Wassermoleküle und die Stärke der [[Chemische Bindung|Bindung]] hängen von der Größe und der Ladung der Ionen ab: bei gleicher Ladung bauen die kleineren Ionen eine größere Hydrathülle auf als die größeren. Durch ein ''aq'' (lat. ''aqua'' / Wasser) am Ion wird ausgedrückt, dass ein Ion hydratisiert in Lösung vorliegt:

:<math>\mathrm{NaCl \rightarrow Na^+_{aq} + Cl^-_{aq}}</math>

Bei kleinen und/oder mehrfach geladenen [[Kation]]en können die gebundenen Wassermoleküle [[Proton (Chemie)|Protonen]] abgeben, man spricht von ''Kationsäuren'' (siehe [[Lewis-Säure]]n). Aus Lösungen, die Kationsäuren enthalten, kann das Lösungsmittel Wasser unter Umständen nicht entfernt werden:

:<math>\mathrm{AlCl_3 + 3 H_2 O \rightarrow Al{(OH)}_3 + 3 HCl}</math>

[[Anion]]en sind im Allgemeinen wesentlich größer als Kationen und damit auch schwächer hydratisiert.

In anderen polaren Lösungsmitteln, z. B. [[Ammoniak]], treten ähnliche Effekte auf, die allgemein [[Solvatisierung]] genannt werden.

== Wasser an unpolaren Teilchen (hydrophobe Hydratation) ==
Wenn sich unpolare und ungeladene (also wasserfeindliche) Teilchen in wässriger Lösung befinden, kommt es zu [[Hydrophober Effekt|hydrophoben Effekten]].<ref name =hydrophob>W. Blokzijl und J. B. F. N. Engberts: ''Hydrophobe Effekte – Ansichten und Tatsachen'' In: ''Angew. Chemie'' 105, 1993, S. 1610–1648.</ref> Dazu gehört auch die ''[[hydrophob]]e (wassermeidende) Hydratation''. Das Wasser in der nächsten Umgebung des unpolaren Teilchens (z. B. eines [[Xenon]]-[[Atom]]s)<ref name =Xenon>R. Haselmeier, M. Holz, W. Marbach, H. Weingärtner: ''Water Dynamics Near a Dissolved Noble Gas. First Direct Experimental Evidence for a Retardation Effect.'' In: ''J. Phys. Chem.'' 99, 1995, S. 2243–2246.</ref> oder einer unpolaren [[Molekül]]<nowiki></nowiki>gruppe (z. B. einer [[Alkylgruppe]]) besitzt dann etwas mehr Struktur, und die translatorische und rotatorische Beweglichkeit der benachbarten Wassermoleküle ist reduziert. Da der hydrophobe Effekt auch in der Nähe großer [[Biomolekül]]e stattfindet, wo Wasser neben sowohl polaren als auch unpolaren Molekülgruppen vorliegt, ist dieser Effekt bei vielen [[biochemisch]]en Prozessen außerordentlich wichtig.

== Siehe auch ==
* [[Dehydratation (Medizin)]]

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Chemische Reaktion]]

Hydratation - Versionsgeschichte

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