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Hydratation

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Chemie

In diesem Artikel beschäftigst du dich mit der Hydratation, auch Hydratisierung genannt. Du lernst, was die Hydratation ist und welche Kräfte bei der Hydratation herrschen. Zudem wirst du danach wissen, wo die Hydratation stattfindet und welche Bedeutung die Hydratation hat. Auch der chemische Begriff Hydrathülle wirst du kennen lernen.

Insbesondere die Funktion der Hydratation beim Lösen von Salzen in Wasser werden näher beschrieben. In diesem Zusammenhang wirst du dich auch mit dem Begriff Hydratationsenergie beschäftigen.

Definition der Hydratation

Hydratation beschreibt das Anlagern von Wassermolekülen an Ionen und polaren Verbindungen.

Synonyme für Hydratation sind die chemischen Begriffe Hydratisierung und Hydration.

Die Hydratation spielt eine wichtige Rolle beim Lösen von Substanzen in Wasser. Das Wasser fungiert hierbei als Lösungsmittel. Bei der Hydratation lagert sich das Wasser beispielsweise an die Ionen an.

Zu beachten ist, dass es sich hierbei nicht um einen chemischen, sondern um einen physikalischen Vorgang handelt. Es findet während der Anlagerung von Wasser keine chemische Reaktion statt, sondern es liegt eine lockere Bindung zwischen den Wassermolekülen und Ionen aufgrund elektrostatischer Kräfte vor. Die vom Wasser hydratisierten Ionen werden auch Hydrate genannt.

Die Hydratation ist dabei ein Spezialfall der Solvatation. Der chemische Begriff Solvatation ist allgemein gehalten und bezieht sich auf irgendein Lösungsmittel, welches sich an Ionen und polare Verbindungen sowie andere neutral geladenen Moleküle anlagert. Es werden sogenannte Solvate gebildet. Beispiele für solche Lösungsmittel sind die organische Verbindung Methanol oder Ammoniak. Hydratation ist somit eine Solvatation mit dem Lösungsmittel Wasser.

Der Vorgang, bei dem sich Wasser in Festkörpern einlagern und das sogenannte Kristallwasser bilden, wird auch als Hydratation bezeichnet. Ein Beispiel hierfür ist Natriumsulfat, bei dem sich pro Molekül zehn Moleküle Wasser als Kristallwasser einlagern. Chemisch wird dies wie folgt geschrieben:. Eine chemische Substanz, die Kristallwasser gebunden hat, wird Hydrat genannt.

Dieser Prozess der Hydratation wird im Folgenden nicht weiter erläutert. Die nachträglichen Erläuterungen beziehen sich auf die Hydratation von Ionen und polaren Substanzen durch Wasser und die Bildung von Hydrathüllen.

Hydratation und Hydrathüllen

Bei der Hydratation lagern sich die Moleküle des Wassers zum Beispiel an Ionen an und umhüllen diese dabei. Es werden Hydrathüllen durch das Wasser gebildet. Ermöglicht wird diese Hydratisierung durch elektrostatische Kräfte zwischen den Ionen und Wassermolekülen. Ein anderes Wort für Hydrathülle ist Hydrat-Sphäre.

Die Hydrathülle, die bei der Hydratation unmittelbar um die Ionen entsteht, wird als erste Sphäre bezeichnet. Durch Ausbildung von Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Molekülen des Wassers ist es möglich, dass sich eine zweite Sphäre, also eine zweite Hydrathülle, um die Erste formt. Dieses Phänomen tritt vermehrt bei kleineren Ionen auf.

Die erste Hydrathülle, die bei der Hydratisierung entsteht, besteht gewöhnlich aus vier oder sechs Wassermolekülen.

Hydratation von Ionen

Die Hydratation von Ionen und die Entstehung von Hydrathüllen wird durch den Dipolcharakter von Wasser ermöglicht. Wasser besteht aus partiell positiv geladenen Wasserstoffteilchen und einem partiell negativ geladenen Sauerstoffteilchen. Durch die größere Elektronegativität des Sauerstoffteilchens in Wasser kommt dies zustande.

Während der Hydratisierung von Ionen richten sich die partiell positiv geladenen Wasserstoffteilchen des Wassers zu den Anionen, welche negativ geladen sind. Das partiell negativ geladene Sauerstoffteilchen des Wassers richtet sich zu den Kationen, die positiv geladen sind, aus. Denn positive und negative Ladungen ziehen sich gegenseitig an. Es kommt zu elektrostatischen Kräften, eine Ion-Dipol-Wechselwirkung bildet sich aus. Es findet eine Hydratation statt und Hydrathüllen um die Ionen entstehen.

Hydratation und Hydratationsenergie

Wenn Ionen oder polare Substanzen von Wasser hydratisiert werden, wird Energie freigesetzt. Diese Energie wird Hydratationsenergie genannt. Die Menge an Energie, die während der Hydratisierung frei wird, ist abhängig von der Größe und Ladung der Ionen.

Die Größe von Ionen wird durch den Ionenradius bestimmt. Bei gleicher Ionenladung ist die Hydratationsenergie bei dem Ion mit dem kleineren Ionenradius größer. Wegen dem kleineren Ionenradius ist die Ladung des Ions konzentrierter und es lagern sich bei der Hydratation mehr Wassermoleküle an. Dies führt zu einer größeren Hydratationsenergie.

Ein weiterer Faktor, der die Hydratationsenergie mitbestimmt, ist die Ladung der Ionen. Sind Ionen mehrfach geladen, ist die Hydratationsenergie größer als bei einfach geladenen Ionen. Bei einer größeren Ladung der Ionen läuft eine Anlagerung von mehr Wassermolekülen ab.

Es kann sich also für die Hydratation gemerkt werden: Je kleiner ein Ion ist und je größer die Ionenladung ist, desto größer ist die Hydratationsenergie, die freigesetzt wird.

Das Lösen von Salzen in Wasser

Die Hydratation und das Zustandekommen von Hydrathüllen spielen vor allem beim Lösen von Salzen in Wasser eine Rolle. Im Folgenden wird der Lösevorgang eines Salzes zunächst allgemein beschrieben. Anschließend wird der Vorgang anhand eines Beispiels veranschaulicht.

Dissoziation von Salzen in Wasser

Wird ein Salz in Wasser gegeben, werden die Salzkristalle anfangs von Wassermolekülen umgeben. Das Wasser adsorbiert sich an das Ionengitter des Salzes. Es bilden sich Ion-Dipol-Wechselwirkungen zwischen den Wassermolekülen und den Ionen im Salzkristall aus. Schließlich werden am Rand einzelne Ionen durch das Wasser aus dem Ionengitter herausgelöst. Das Salz ist im Wasser dissoziiert.

Hydratation von Salzen

Die vom Wasser herausgelösten Ionen werden schließlich hydratisiert. Es kommt zu einer Anlagerung des Wassers an die Ionen des Salzes und es bilden sich Hydrathüllen. Die gebildeten Hydrathüllen schwächen die Anziehungskräfte zwischen den Ionen des Salzes. Die Anziehungskräfte lassen durch die Hydratation immer mehr nach, sodass sich das Salz schließlich im Wasser löst. Das Salz liegt nun im Wasser hydratisiert vor. Es hatte eine Hydratation stattgefunden und Hydrathüllen wurden gebildet.

Beispiel zur Hydratation und Hydrathülle

Das Lösen eines Salzes in Wasser und dessen Hydratation soll nun anhand eines Beispiels veranschaulicht werden. Für das Beispiel zur Hydratation wird normales Kochsalz verwendet. Chemisch ausgedrückt: Es wird Natriumchlorid verwendet. Dieses wird in Wasser gelöst und eine Hydratation ereignet sich.

Kochsalz besteht chemisch gesehen aus den positiv geladenen Natriumionen und negativ geladenen Chloridionen, die in einem Ionengitter angeordnet sind. Wenn das Natriumchlorid in Wasser gegeben wird, umgeben Wassermoleküle die Salzkristalle.

Die Wassermoleküle lagern sich an das Ionengitter an. Elektrostatische Kräfte zwischen den Wassermolekülen und den Ionen des Ionengitters finden statt. Diese Ion-Dipol-Wechselwirkungen bewirken, dass einzelne Natrium- oder Chloridionen vom Wasser aus dem Ionengitter am Rand herausgelöst werden.

An den herausgelösten Ionen kommt es zu einer Anlagerung der Wassermoleküle und es bildet sich eine Hydrathülle um diese. Dabei richten sich die partiell positiven Wasserstoffteilchen des Wassers zu den negativ geladenen Chloridionen aus und der partiell negativ geladene Sauerstoff zu den positiv geladenen Natriumionen.

Durch die gebildeten Hydrathüllen um die Chlorid- und Natriumionen werden die Anziehungskräfte zwischen den Natrium- und Chloridteilchen immer kleiner. Das Ionengitter löst sich nach und nach auf. Somit sind die Natrium- und Chloridionen dissoziiert und wurden hydratisiert. Das Salz löst sich im Wasser, eine Hydrathülle wurde gebildet und eine Hydratation kam zustande.

In Wasser gelöste und hydratisierte Ionen werden in chemischen Reaktionsgleichungen wie folgt geschrieben:

Hydratation, Reaktionsgleichung Lösen von Natriumchlorid, StudySmarterAbb. 1: Reaktionsgleichung zum Lösen von Natriumchlorid in Wasser

In dieser Reaktionsgleichung ist ein tiefergestelltes (s) hinter NaCl sowie ein tiefergestelltes (aq.) jeweils hinter den Natrium- und Chloridionen erkennbar. Das s steht für solid, also fest, und aq. bedeutet "in Wasser gelöst".

Hydratation Bedeutung

Die Hydratation hat chemisch gesehen vor allem eine wichtige Bedeutung für die Wasserlöslichkeit von Salzen. Die Hydratations- und Gitterenergie bestimmen über die Wasser- beziehungsweise Wasserunlöslichkeit eines Salzes.

Während der Hydratation wird die Hydratationsenergie frei. Wenn die Hydratationsenergie die Gitterenergie des Salzes übersteigt, löst sich das Salz im Wasser. Ist die Hydratationsenergie sehr viel größer als die Gitterenergie, kann sich die Lösung auch erwärmen.

Ist die Hydratationsenergie geringer als die Gitterenergie, ist das Salz in Wasser unlöslich oder die Lösung kühlt sich ab.

Hydration - Das Wichtigste

    • Hydratation bezeichnet die Anlagerung von Wasser an Ionen und polaren Substanzen.

    • Es ist ein physikalischer Vorgang, es findet keine chemische Reaktion bei der Hydratisierung statt.

    • Während einer Hydratisierung lagert sich das Wasser an die Ionen an und bilden eine Hydrathülle.

    • Ion-Dipol-Wechselwirkungen zwischen den Ionen und Wassermolekülen spielen eine grundlegende Rolle für die Hydratation und Ausbildung von Hydrathüllen.

    • Hydratationsenergie bezeichnet die Energie, die bei der Hydratisierung von Ionen und polaren Substanzen frei wird.

    • Je kleiner der Ionenradius ist und je größer die Ladung eines Ions ist, desto größer ist die Hydratationsenergie bei einer Hydratation.

    • Während dem Lösen eines Salzes in Wasser dissoziieren die Ionen des Salzes und es kommt zu einer Hydratisierung.

    • Die Gitter- und Hydratationsenergie bestimmen, ob ein Salz wasserlöslich ist oder nicht.

    • Ein tiefergestelltes aq. in einer chemischen Reaktionsgleichung signalisiert, dass diese Substanz in Wasser gelöst ist.

Hydratation

Die Hydratation ist ein Anlagern von Wassermolekülen an Ionen und polare Verbindungen. Sie beruht auf Ion-Dipol-Wechselwirkungen und ist ein physikalischer Vorgang. Die Wassermoleküle bilden eine Hydrathülle um die Ionen.

Als Hydratation wird ein Anlagern von Wassermolkülen an Ionen und polaren Substanzen bezeichnet. Die Wassermoleküle bilden eine Hydrathülle um die Ionen oder Moleküle. Die Hydratation ist ein Spezialfall der Solvatation.

Hydratation ist keine chemische Reaktion. Es ist ein rein physikalischer Ablauf. Bei der Hydratation bildet sich eine lockere Bindung zwischen Wassermolekülen und Ionen oder polaren Molekülen aus. Dies entsteht durch elektrostatische Kräfte.

Hydrathüllen bilden sich, wenn sich Wassermoleküle an Ionen und polaren Substanzen anlagern. Sie entstehen aufgrund von Ion-Dipol-Wechselkräften. Sie werden auch Hydrat-Sphären genannt.

Finales Hydratation Quiz

Frage

Was ist eine Hydratation?

Antwort anzeigen

Antwort

Hydratation ist das Anlagern von Wassermolekülen an Ionen und polaren Verbindungen.

Frage anzeigen

Frage

Handelt es sich bei der Hydratation um eine chemische Reaktion?

Antwort anzeigen

Antwort

Bei der Hydratation handelt es sich um keine chemische Reaktion, sondern es ist ein physikalischer Vorgang. Es handelt sich um eine lockere Bindung zwischen dem Wasser und den Ionen aufgrund elektrostatischer Kräfte.

Frage anzeigen

Frage

Nenne ein anderes Wort für Hydrathülle.

Antwort anzeigen

Antwort

Hydrathüllen werden auch Hydrat-Sphären genannt.


Frage anzeigen

Frage

Warum kann eine zweite Hydrat-Sphäre entstehen?


Antwort anzeigen

Antwort

Eine zweite Hydrat-Sphäre ist durch die Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Wassermolekülen möglich. Das kommt besonders bei kleinen Ionen vor.

Frage anzeigen

Frage

Welche elektrostatischen Kräfte sind bei der Hydratisierung aktiv?

Antwort anzeigen

Antwort

Ion-Dipol-Wechselwirkungen

Frage anzeigen

Frage

Was ist die Hydratationesenergie?


Antwort anzeigen

Antwort

Die Hydratationsenergie ist die Energie, die während der Hydratation frei wird.

Frage anzeigen

Frage

Wovon hängt die Hydratationsenergie ab?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Hydratationsenergie ist abhängig von der Größe und Ladung der Ionen.

Frage anzeigen

Frage

Welcher Zusammenhang hinsichtlich Hydratationsenergie und Ionen ist richtig?

Antwort anzeigen

Antwort

Je kleiner das Ion und je größer die Ladung des Ions, desto größer ist die freigesetzte Hydratationsenergie.

Frage anzeigen

Frage

Was bestimmt über die Wasserlöslichkeit von Salzen?

Antwort anzeigen

Antwort

Gitterenergie und Hydratationsenergie

Frage anzeigen

Frage

Wann ist ein Salz wasserlöslich bzw. nicht in Wasser löslich?

Antwort anzeigen

Antwort

Ein Salz ist in Wasser löslich, wenn die Hydratationsenergie größer ist als die Gitterenergie.

Ist die Gitterenergie größer als die Hydratationsenergie, ist das Salz nicht in Wasser löslich.

Frage anzeigen

Frage

Welchen Effekt haben Hydrathüllen beim Lösen eines Salzes?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Hydrathüllen schwächen die Anziehungskräfte zwischen den Ionen des Salzes. Diese lassen immer mehr nach, sodass es schließlich zum Lösen des Salzes kommt.

Frage anzeigen

Frage

Beschreibe den Zusammenhang zwischen Hydratationsenergie und Ionenradius.

Antwort anzeigen

Antwort

Der Ionenradius ist ein Maß für die Ionengröße. Bei Ionen mit einem kleineren Ionenradius ist die Ladung konzentrierter als bei einem Ion mit größerem Ionenradius. Somit lagern sich mehr Wassermoleküle an und die Hydratationsenergie ist größer.

Frage anzeigen

Frage

Beschreibe den Vorgang der Dissoziation eines Salzes.

Antwort anzeigen

Antwort

Wassermoleküle umgeben das Salz und adsorbieren sich an das Ionengitter des Salzes. Es bilden sich Ion-Dipol-Wechselwirkungen aus. Die Wassermoleküle lösen schließlich einzelne Ionen aus dem Ionengitter heraus. Das Salz dissoziiert.


Frage anzeigen

Frage

Was bedeutet ein "aq." in einer Reaktionsgleichung?

Antwort anzeigen

Antwort

Ein "aq," bedeutet "in Wasser gelöst".

Frage anzeigen

Frage

Beschreibe die Hydratisierung von Ionen durch Wassermoleküle.

Antwort anzeigen

Antwort

Die Wassermoleküle bestehen aus einem partiell positiven Wasserstoffteilchen und einem partiell negativ geladenen Sauerstoffteilchen. Der partiell negative Sauerstoff richtet sich zu den Kationen aus und der partiell postive Wasserstoff richtet sich zu den Anionen aus. Die Wassermoleküle bilden so Hydrathüllen um die Ionen. Eine Hydratisierung hat stattgefunden.


Frage anzeigen

Frage

Welcher Vorgang wird auch als Hydratation bezeichnet?

Antwort anzeigen

Antwort

Das Einlagern von Wasser in Festkörpern und die Ausbildung von Kristallwasser wird auch als Hydratation bezeichnet.


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