Hydratisierung

Unter Hydratisierung – häufig auch mit Hydratation oder Hydration bezeichnet – versteht man

• die Anlagerung von Wassermolekülen an gelöste Ionen. Dadurch entsteht eine Hydrathülle (auch als Hydrat-Sphäre bezeichnet).
• die Anlagerung von Wassermolekülen in Festkörper (Mineralien) als Kristallwasser
• Hydratisierung (nicht aber Hydratation) nennt man ferner auch die Reaktion von Wasser mit Alkenen (z.B. Ethen), wodurch ein Alkohol entsteht.

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Anlagerung von Wassermolekülen an Ionen in Lösung

  Die bei der Hydratisierung entstehenden Produkte heißen Hydrate. In anderen Lösungsmitteln, z.B. Ammoniak, treten ähnliche Effekte auf, die allgemein Solvatisierung genannt werden.

Die Hydratisierung erfolgt aufgrund der elektrostatischen Kräfte zwischen den geladenen Ionen und den Wasser-Dipolen (Ion-Dipol-Wechselwirkung). Unter Ausbildung von Wasserstoffbrücken zu der ersten Hydrathülle können sich weitere Wassermoleküle anlagern und so eine weitere Hydrat-Sphäre bilden.

Als Maß für die Neigung der Ionen, sich mit Wassermolekülen zu verbinden, dient die Hydrationsenergie. Dies ist die Energie, die erforderlich ist um die Ionen aus der wässrigen Lösung in das Vakuum zu bringen.

Die Anzahl der gebundenen Wassermoleküle und die Stärke der Bindung hängen von der Größe und der Ladung der Ionen ab. Bei gleicher Ladung bauen die kleineren Ionen eine größere Hydrathülle auf als die größeren. Durch ein "aq" am Ion markiert man, dass das Ion hydratisiert vorliegt:

Bei kleinen und/oder mehrfach geladenen Kationen können die gebundenen Wassermoleküle Protonen abgeben, man spricht von Kationsäuren (siehe Lewis-Säuren). Aus Lösungen, die Kationsäuren enthalten, kann das Lösungsmittel Wasser unter Umständen nicht entfernt werden:

Anionen sind im Allgemeinen wesentlich größer als Kationen und damit auch schwächer hydratisiert.

Anlagerung von Wasser an eine C=C Doppelbindung (Reaktion)

Diese Reaktion wird üblicherweise in stark saurer wässriger Lösung durchgeführt. Während bei der Hydrolyse die nicht-Wasser Komponente in zwei Bestandteile zerlegt wird, bleibt sie bei der Hydratisierung als ein Molekül erhalten.

Die allgemeine Formel der Reaktion ist:

RRC=CH₂ in H₂O(sauer) → RRC-CH₂-OH

Im ersten Schritt bindet sich das saure Proton an das weniger substituierte Kohlenstoffatom der Doppelbindung gemäß der Markownikow-Regel. Im zweiten Schritt bindet sich ein H₂O Molekül an das höher substituierte Kohlenstoffatom. Zu diesem Zeitpunkt hat das Sauerstoffatom drei Bindungen und eine positive Ladung. Das Proton wird dann von einem weiteren Wassermolekül übernommen.

In der Laborpraxis liefert diese Reaktion oft ungewollte Nebenprodukte und ist in der hier beschriebenen einfachen Form kaum zur Herstellung eines Alkohols geeignet. Eine Alternative stellt die Oxymercurierung da.

Hier als Beispiel die Reaktion von 1-Methylcyclohexen zu 1-Methylcyclohexanol, mit Schwefelsäure als Katalysator.