Hydratationsnetze

Hydratationsnetze bezeichnen Netzwerke aus Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Wassermolekülen sowie zwischen Wasser und anderen Spezies, etwa Ionen, polaren Funktionsgruppen oder festen Rahmenstrukturen. Sie formen die Hydratationshülle um gelöste Teilchen und können auch integraler Bestandteil von Festkörpern sein, in denen Wasser als Kristallwasser oder als gebundene Feuchtigkeit vorliegt.

In wässrigen Lösungen stabilisieren Hydratationsnetze Ionen durch spezifische Solvatationswechselwirkungen. Die Struktur der Hydratationsschale hängt von der Größe und Ladung des Ions, der Temperatur und der Konzentration ab und reicht von stark geordneter erster Hydratationsschicht bis zu dynamischeren, weniger geordneten weiteren Schichten. In Feststoffen können Hydratationsnetze als Teil der Kristallstruktur auftreten und die Stabilität, Porosität oder Leitfähigkeit beeinflussen. Beispiele sind hydratisierte Mineralien (Kristallwasser) sowie poröse Metallorganische Gerüstverbindungen, in denen Wasser als Ligand oder Poreinwohner wirkt.

Methodisch werden Hydratationsnetze durch Röntgen- und Neutronendiffraktion, NMR- und IR/Raman-Spektroskopie sowie Thermogravimetrie und Molekulardynamik-Simulationen untersucht. Diese Ansätze ermöglichen die Bestimmung von Wasserpositionen, Bindungsarten und Dynamik innerhalb des Netzes.

Bedeutung und Anwendungen: Hydratationsnetze beeinflussen Löslichkeit, Diffusionsverhalten und Reaktivität in Lösungen, tragen zur Protonenleitung in wasserhaltigen Systemen bei und spielen eine zentrale Rolle bei Dehydratisierungs- bzw. Hydratisierungsprozessen in Materialien, Speichern von Energie in elektrochemischen Systemen sowie in geowissenschaftlichen Prozessen wie Verwitterung und Porenwasserhaushalt.

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