Hydratielagen

Hydratielagen zijn watermoleculen die direct aangrenzend zijn aan een oppervlak, ion of molecuul en zo een onderscheidende wateromgeving vormen ten opzichte van bulkwater. De eerste hydratatielaag is doorgaans sterk gebonden via ion-dipoolbindingen en waterstofbruggen en kan de eigenschappen van het onderliggende materiaal aanzienlijk beïnvloeden.

Bij opgeloste ionen vormt water een hydration shell rondom het ion. De oriëntatie van watermoleculen hangt af van de lading: bij kationen wijzen de zuurstofatomen naar het ion; bij anionen wijzen de waterstofatomen naar het ion. Naast de primaire laag kunnen er extra, minder sterk gebonden hydratatielagen bestaan die sneller wisselen met bulkwater. De omvang van de hydratatielaag varieert met het ion en het oppervlak en beslaat doorgaans enkele angstroms tot een nanometer of zo.

Hydratielagen spelen een belangrijke rol in chemische reacties, oplosprocessen en transport in oplossingen, en in de geochemie van mineralen en colloïden door invloed op oplosbaarheid, vrije energie en oppervlaktestructuur. In materialen en coatings bepalen hydraterende lagen eigenschappen zoals smering en stabiliteit van nanodeeltjes, terwijl ze in biologische systemen bijdragen aan de conformatie en interacties van eiwitten en membranen.

Onderzoek naar hydratielagen maakt gebruik van technieken als neutronen- en röntgenstraling, NMR, AFM, IR-spectroscopie en computer simulaties (Moleculaire Dynamica) om structuur, binding en dynamiek van de lagen te analyseren.

Zie ook: waterstructuur, solvatatie, elektrische dubbele laag.