Wasserkationen

Wasserkationen bezeichnet man die Kationen, die in wässriger Lösung vorhanden sind. In Wasser liegen sie überwiegend als hydratisierte Ionen vor, das heißt als Spezies, bei denen ein oder mehrere Wassermoleküle eng koordiniert sind. Das bekannteste hydratisierte Kation ist das Hydronium-Ion (H3O+), das durch die Selbstionisierung des Wassers entsteht und maßgeblich die sauren Eigenschaften der Lösung beeinflusst.

Zu den häufigsten Wasserkationen gehören Na+, K+, Ca2+ und Mg2+. In Lösungen bilden diese Ionen in der Regel [M(H2O)n]^(z+) -Komplexe, wobei n die Koordinationszahl beschreibt. Je nach Ionstärke und pH kann es zusätzlich zu inneren Hydratationsschalen und äußeren Hydratationsformen kommen. Die Hydration beeinflusst wesentlich Reaktivität, Löslichkeit und Mobilität der Ionen in Wasser.

Wasserkationen erfüllen unterschiedliche Funktionen in Umwelt- und Lebensprozessen: Sie tragen zur Pufferung des pH-Systems bei, bestimmen die Härte des Wassers (insbesondere Ca2+ und Mg2+), und beeinflussen die Bildung von Mineralien sowie die Bioverfügbarkeit von Spurenelementen. Es lassen sich auch Übergangsmetall- und Alkalimetallionen je nach Ligandenverfügbarkeit und pH unterschieden.

Analytisch werden Wasserkationen in der Regel durch Verfahren wie Atomabsorptionsspektroskopie (AAS), Induktively gekoppelte Plasma-Optical Emission Spectroscopy (ICP-OES) oder Titrationen bestimmt; die Leitfähigkeit eines Wassers gibt einen Hinweis auf die Gesamtkonzentration der gelösten Kationen. Die Untersuchung von Wasserkationen ist zentral für Trinkwasserqualität, Umweltmonitoring und industrielle Anwendungen.