Hydratstrukturen

Hydratstrukturen bezeichnen kristalline Feststoffe, in denen Wasser als integraler Bestandteil des Kristallgitters enthalten ist. Wasser wird in solchen Verbindungen oft als Kristallwasser bezeichnet und ist durch Formeln wie CaSO4·2H2O angegeben. Das enthaltene Wasser kann fest an Ionen gebunden oder in Hohlräumen des Gitters angeordnet sein und beeinflusst Stabilität, Löslichkeit, Schmelzverhalten und Optik der Substanz.

Man unterscheidet grob zwischen anorganischen Hydraten (Salze mit Kristallwasser) und Clathrat-Hydraten. Beispiele für anorganische Hydrate sind Gips CaSO4·2H2O, Epsomit MgSO4·7H2O, Kupfersulfat Pentahydrat CuSO4·5H2O und Natriumcarbonat-Decahydrat Na2CO3·10H2O. Clathrat-Hydrate, auch Gas-Hydrate genannt, bilden Wasser-Käfige, in denen Gasmoleküle eingeschlossen sind; Methan-Hydrate gehören zu Struktur I und II und kommen in Meeresböden und Permafrostregionen vor.

Entstehung und Umwandlung: Hydrate bilden sich durch Abkühlung oder Verdunstung aus wässrigen Lösungen oder durch Reaktion; viele Hydrate sind reversibel, Dehydratisierung durch Erhitzen liefert das Anhydrat oder ein niedrig hydratisiertes Zwischenprodukt. Umgekehrt kann Wasser durch Rehydratation in die Kristallstruktur aufgenommen werden.

Analytik und Bedeutung: Die Bestimmung des Kristallwassers erfolgt durch Gewichtsverlust, Trocknung oder Thermogravimetrie; Röntgenkristallographie bestimmt die Positionen des Wassers im Kristallgitter. Hydratstrukturen sind in Mineralogie, Pharmazie, Materialwissenschaft und Energieforschung relevant, insbesondere Gas-Hydrate in Klimaforschung und als potenzielle Energiequelle.