Hydrate

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Hydrate (altgr. ὕδωρ hydōr ‚Wasser‘) sind in der Chemie allgemein Substanzen, die Wasser enthalten. Dabei wird der Begriff in verschiedenen Bereichen der Chemie etwas unterschiedlich behandelt. Im Gegensatz zu den Hydraten stehen die Anhydride, Verbindungen, denen Wasser entzogen wurde.

Anorganische Hydrate[Bearbeiten]

Anorganische Hydrate sind Solvate, sie enthalten also molekulares Wasser, etwa als Kristallwasser. Neben kristallwasserhaltigen Kristallen werden auch Komplexe, die Wasser-Liganden besitzen, als Hydrate bezeichnet. Kristallwasserlose Substanzen werden auch als Anhydrate bezeichnet.

Das Kristallwasser in Hydraten kann durch Wasserstoffbrücken oder andere zwischenmolekulare Kräfte an bestimmte Ionen gebunden sein, es kann jedoch auch der Fall sein, dass es vor allem deshalb eingebaut wird, weil dadurch eine günstigere Kristallstruktur entsteht. In kristallinen Hydraten gibt es bestimmte stöchiometische Verhältnisse zwischen Ionenverbindung und Kristallwasser. In vielen Fällen sind auch mehrere Hydrate mit unterschiedlichen Kristallwassermengen möglich, so sind von Natriumcarbonat Modifikationen mit einem, zwei, fünf, sieben und zehn Äquivalenten Kristallwasser sowie das kristallwasserlose Natriumcarbonat bekannt.

Hydrate entstehen durch Hydratation, meist während der Kristallisation aus wässrigen Lösungen. Kristallwasserreiche Hydrate können, etwa durch Erhitzen, entwässert werden, so dass entweder andere, weniger Kristallwasser enthaltende Hydrate entstehen oder die wasserfreie Verbindung.

Für die Kennzeichnung von Hydraten in Summenformeln wird dieses nicht direkt in die Formel mit eingefügt, sondern als · n H2O ans Ende der Summenformel gesetzt (n ist dabei die Menge an Kristallwasser, die pro Formeleinheit im Kristall auftritt). CaSO4 · 2 H2O beschreibt beispielsweise Calciumsulfat mit zwei Äquivalenten Kristallwasser, was Gips entspricht. Zur Benennung wird dem Namen der Verbindung ein -xxxhydrat angefügt, wobei xxx ein griechisches Zahlwort für die Äquivalentanzahl an Kristallwasser ist. Gips heißt systematisch dementsprechend Calciumsulfat-Dihydrat.

Name Zahl der
Wassermoleküle
Beispiele (Salze) chem. Formel
Anhydrat 0 Magnesiumchlorid-Anhydrat MgCl2
Hemihydrat ½ Calciumsulfat-Hemihydrat CaSO4 · 0,5 H2O
Monohydrat 1 Natriumhydrogensulfat-Monohydrat NaHSO4 · H2O
Sesquihydrat 1,5 Kaliumcarbonat-Sesquihydrat K2CO3 · 1,5 H2O
Dihydrat 2 Calciumsulfat-Dihydrat,
Calciumchlorid-Dihydrat
CaSO4 · 2 H2O
CaCl2 · 2 H2O
Trihydrat 3 Natriumacetat-Trihydrat,
Blei(II)-acetat-Trihydrat
NaC2H3O2 · 3 H2O
PbC4H6O4 · 3 H2O
Tetrahydrat 4 Kaliumnatriumtartrat-Tetrahydrat KNaC4H4O6 · 4 H2O
Pentahydrat 5 Kupfersulfat-Pentahydrat CuSO4 · 5 H2O
Hexahydrat 6 Aluminiumchlorid-Hexahydrat,
Cobalt(II)-chlorid-Hexahydrat
AlCl3 · 6 H2O
CoCl2 · 6 H2O
Heptahydrat 7 Magnesiumsulfat-Heptahydrat,
Eisen(II)-sulfat-Heptahydrat,
Zink(II)-sulfat-Heptahydrat
MgSO4 · 7 H2O
FeSO4 · 7 H2O
ZnSO4 · 7 H2O
Octahydrat 8 Praseodym(III)-sulfat-Octahydrat Pr2(SO4)3 · 8 H2O
Nonahydrat 9 Chrom(III)-nitrat-Nonahydrat Cr(NO3)3 · 9 H2O
Decahydrat 10 Natriumsulfat-Decahydrat (Glaubersalz),
Natriumcarbonat-Decahydrat
Na2SO4 · 10 H2O
Na2CO3 · 10 H2O
Undecahydrat 11  
Dodecahydrat 12 Natriumphosphat-Dodecahydrat Na3PO4 · 12 H2O

Organische Hydrate[Bearbeiten]

In der organischen Chemie werden hydratisierte Verbindungen als Hydrate bezeichnet. Dies sind meist keine Verbindungen, die molekulares Wasser enthalten, sondern solche, bei denen Wasser durch eine Additionsreaktion chemisch zu einer Verbindung hinzugefügt wurde. Beispiele hierfür sind geminale Diole oder Aldehydhydrate, bei denen es sich um hydratisierte Aldehyde handelt:

Geminales Diol

Die meisten Aldehydhydrate sind instabil, Ausnahmen sind Chloralhydrat, Formalin und Ninhydrin. Geminale Triole (Orthocarbonsäuren = hydratisierte Carbonsäuren) sind genau wie die Orthokohlensäure (Tetrahydroxymethan) hingegen nur in Form ihrer Ester stabil.

Es gibt auch stabile organische Verbindungen, die Hydratwasser enthalten, beispielsweise das (R)-Cystein-Hydrochlorid-Monohydrat [L-Cystein-Hydrochlorid-Monohydrat; CAS-Nr. 7048-04-6], welches in technischem Maßstab hergestellt wird.

Gashydrate[Bearbeiten]

Bei Gashydraten wird im Gegensatz zu kristallwasserhaltigen Substanzen nicht das Wasser in der Substanz, sondern eine sonst gasförmige Verbindung wie Methan, Schwefelwasserstoff oder Kohlenstoffdioxid in Eis eingeschlossen. Dabei bildet sich ein Clathrat, eine Einschlussverbindung ohne große physikalische Anziehungskräfte zwischen Eis und Gas. Bekanntestes Gashydrat ist Methanhydrat.

Literatur[Bearbeiten]