Hydratationsprozesse

Hydratationsprozesse bezeichnen chemische oder physikalische Vorgänge, bei denen Wasser mit einem Stoff interagiert und sich Wasser in seine Struktur integriert oder es löslich macht. Dabei kann Wasser als Koordinationspartner in Hydrationshüllen auftreten, als Kristallwasser in Mineralstrukturen gebunden oder als Reaktionspartner in Hydratationsreaktionen wirken.

Die Mechanismen umfassen Lösung und Diffusion, Hydratation von Ionen (Solvation), Aufnahme von Wasser in Kristalle oder Poren sowie das langsame Auftreten neuer Phasen durch Reaktion mit Wasser. Die Geschwindigkeit hängt von Temperatur, Feuchte, Druck, Porosität und chemischer Beschaffenheit ab. Hydratationsprozesse können exotherm oder endotherm sein und führen oft zu Volumenänderungen sowie Veränderungen von Festigkeit, Leitfähigkeit oder Stabilität.

Beispiele reichen von Beton- und Zement-Hydratation, bei der Wasser mit Zementbestandteilen zu Kalzium-Silikat-Hydratphasen und Kalziumhydroxid reagiert, bis zur Umwandlung von Anhydrit CaSO4 zu Gips CaSO4·2H2O durch Wassereinstrom. In Tonmineralien verursacht Wasseraufnahme Quellungs- und Plastifizierungsphasen. In wässrigen Lösungen hydratisieren sich Ionen wie Na+, Ca2+, wodurch Hydrationshüllen entstehen, die Löslichkeit und Reaktionskinetik beeinflussen.

In der Biologie spielen Hydratationsprozesse eine zentrale Rolle bei der Bildung von Hydratationsschichten um Proteine, Nukleinsäuren und Zellmembranen, während in der Geowissenschaft Wassertransport, Sorption und Gesteinsstabilität beeinflusst werden.

Zur Untersuchung dienen Kalorimetrie zur Bestimmung der Hydratationswärme, diffraktometrische Methoden (XRD, Neutronendiffraction) zur Phasenbestimmung, Thermogravimetrie zur Wasserbindung und Spektroskopie zur Charakterisierung von Hydratationszuständen.