Hydratieschaal

Hydratieschaal is de schil van watermoleculen die zich rondom een opgeloste stof in een vloeibare oplossing ordent onder invloed van ion-dipool-interacties en waterstofbruggen. In de chemie verwijst de term meestal naar de hydration shell rondom een ion, met een eerste hydration shell waarin watermoleculen direct aan het ion coördineren, en een of meer volgende shells die minder sterk gebonden zijn.

De grootte van de eerste hydration shell hangt af van de ionengrootte en -lading. Kleinere, zwaarder geladen ionen kennen doorgaans een hogere coördinatie. Bij kationen is de zuurstofkant van water naar het ion gericht, bij anionen juist de waterstofkanten. De tweede en latere shells bestaan uit watermoleculen die nog steeds beïnvloed worden door het ion maar niet direct coördineren, en dragen bij aan de reorganisatie van het waternetwerk rondom het ion.

Dynamiek: watermoleculen wisselen voortdurend in en uit de hydration shell; verblijfstijden variëren sterk tussen ionen en bepalen mede eigenschappen zoals ionmobiliteit en reactiviteit. Het bestaan van hydratie shells is bovendien cruciaal voor processen in biologie, elektrochemie en geochemie.

Onderzoeksbenaderingen: hydratie wordt bestudeerd met spectroscopie, neutronen- of röntgendiffractie, moleculaire-dynamica-simulaties, NMR en EXAFS. Deze methoden leveren informatie over coördinatiegetallen, de orientatie van watermoleculen en de dynamiek van de hydration shell. In praktische context kan hydratatie de werking van ionkanalen, katalyse en transport in oplossingsomgevingen bepalen.