Hydratation: Hydrathülle einfach erklärt

Beim Lösen eines Salzes werden die Ionen aus dem Gitter getrennt: Dissoziation. Wassermoleküle richten sich um die gelösten Ionen aus: Hydratation. Diese Teilvorgänge können gleichzeitig ablaufen; die Begriffe benennen verschiedene Änderungen. Für Lithiumchlorid zeigt eine vereinfachte Gleichung den gelösten Zustand:

\ce{LiCl(s) -> Li+(aq) + Cl-(aq)}

(s) steht für den Feststoff. (aq) bedeutet „in Wasser gelöst“; das Kürzel zählt nicht die Wassermoleküle der Hydrathülle. Die Hülle ist keine starre Schale: Wasserteilchen tauschen ihre Plätze. Bewegliche gelöste Ionen können Ladung transportieren; im festen Gitter sind sie an Plätze gebunden. Das ist eine andere Leitung als die Elektronenleitung im Metall.

Wie stark ein Ion Wasser anzieht, hängt vor allem von Ladung und Größe ab. Der Ionenradius beschreibt die Größe. Bei gleicher Ladung zieht ein kleineres Ion Wasser meist stärker an, weil seine Ladung auf kleinerem Raum wirkt. Bei ähnlicher Größe zieht ein höher geladenes Ion Wasser meist stärker an. Auch Temperatur und Umgebung beeinflussen die Anordnung. In der ersten, enger gebundenen Umgebung liegen häufig vier oder sechs Wassermoleküle; die Zahl ist nicht für jedes Ion fest. Weitere Wassermoleküle können sich lockerer anschließen.

Bei der Bildung der Ion-Dipol-Wechselwirkung wird Energie frei. In der Vertiefung beschreibt die Hydratationsenthalpie diese Energieänderung. Sie hat dabei ein negatives Vorzeichen. Stärker bedeutet einen größeren Betrag der negativen Zahl. Die Tabelle nutzt das Datenheft der Scottish Qualifications Authority von 1999: In der Reihe Li⁺, Na⁺, K⁺ wird der Radius größer und der Betrag kleiner; bei Mg²⁺ und Ca²⁺ ebenso. Für die Radiusregel vergleichst du Ionen mit derselben Ladung; für die Ladungsregel Ionen ähnlicher Größe.

Solvatation bedeutet: Teilchen werden von Molekülen irgendeines Lösungsmittels umgeben. Mit Wasser heißt dieser Spezialfall Hydratation. Nicht jede Verwendung von „Hydratation“ meint eine Hydrathülle: Kristallwasser sitzt in einer festen Kristallstruktur. Bei der Hydratisierung einer Doppelbindung zwischen zwei Kohlenstoffatomen (C=C) wird Wasser chemisch addiert; dabei kann ein Alkohol entstehen. Bei der Zementhydratation reagieren Zementbestandteile mit Wasser und das Material erhärtet.

Prüfe deshalb den Zusammenhang. Eine Hydrathülle hat keine immer gleiche Zahl von Wassermolekülen. Die Moleküle bewegen sich und ordnen sich neu. (aq) nennt den wässrigen Zustand, keine feste Hüllenzahl.