Hydrate

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

Anorganische Hydrate und deren Nomenklatur

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 stöchiometrische 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, dabei treten zugleich oft Farbänderungen ein, z. B. beim Cobalt(II)-chlorid:

• 
  Cobalt(II)-chlorid (wasserfrei)
  CoCl₂
• 
  Cobalt(II)-chlorid-Hexahydrat
  CoCl₂ · 6 H₂O

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

Name	Zahl der Wasser- moleküle	Beispiele (Salze)	chemische Formel
Anhydrat	00	Magnesiumchlorid-Anhydrat	MgCl200H2O
Hemi­hydrat	0½	Calciumsulfat-Hemihydrat	CaSO4 · ½ H2O
Monohydrat	01	Natriumhydrogensulfat-Monohydrat, Caesiumthiosulfat-Monohydrat	NaHSO4 · H2O Cs2(S2O3) · H2O
Sesqui­hydrat	01½	Kaliumcarbonat-Sesquihydrat	K2CO3 · 1½ H2O
Dihydrat	02	Calciumsulfat-Dihydrat, Calciumchlorid-Dihydrat	CaSO4 · 2 H2O CaCl2 · 2 H2O
Trihydrat	03	Natriumacetat-Trihydrat, Blei(II)-acetat-Trihydrat	NaC2H3O2 · 3 H2O PbC4H6O4 · 3 H2O
Tetrahydrat	04	Kaliumnatriumtartrat-Tetrahydrat	KNaC4H4O6 · 4 H2O
Pentahydrat	05	Kupfersulfat-Pentahydrat	CuSO4 · 5 H2O
Hexahydrat	06	Aluminiumchlorid-Hexahydrat, Cobalt(II)-chlorid-Hexahydrat, Magnesiumchlorid-Hexahydrat	AlCl3 · 6 H2O CoCl2 · 6 H2O MgCl2 · 6 H2O
Heptahydrat	07	Magnesiumsulfat-Heptahydrat, Eisen(II)-sulfat-Heptahydrat, Zink(II)-sulfat-Heptahydrat	MgSO4 · 7 H2O FeSO4 · 7 H2O ZnSO4 · 7 H2O
Octahydrat	08	Praseodym(III)-sulfat-Octahydrat	Pr2(SO4)3 · 8 H2O
Nonahydrat	09	Chrom(III)-nitrat-Nonahydrat, Natriumsulfid-Nonahydrat, Aluminiumnitrat-Nonahydrat	Cr(NO3)3 · 9 H2O Na2S · 9 H2O Al(NO3)3 · 9 H2O
Decahydrat	10	Natriumsulfat-Decahydrat (Glaubersalz), Natriumcarbonat-Decahydrat	Na2SO4 · 10 H2O Na2CO3 · 10 H2O
Undecahydrat	11	Magnesiumchromat-Undecahydrat	Mg(CrO4) · 11 H2O
Dodecahydrat	12	Natriumphosphat-Dodecahydrat, Aluminiumkaliumsulfat-Dodecahydrat	Na3PO4 · 12 H2O KAl(SO4)2 · 12 H2O

Organische Hydrate

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. 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], welches in technischem Maßstab hergestellt wird.

Gashydrate

Bei Gashydraten handelt es sich, im Gegensatz zu kristallwasserhaltigen Substanzen, um Einschlussverbindungen, (Clathrate) bei denen das Wasser kein struktureller Bestandteil der Substanz ist. Stattdessen bildet das Wasser feste, käfigartige, über Wasserstoffbrücken verbundene Strukturen, die dodekaedrische Hohlräume enthalten. In diese Hohlräume sind verschiedene Substanzen, etwa Kohlenwasserstoffe, Edelgase oder Kohlenstoffdioxid eingeschlossen. Sie bilden sich unter hohem Druck bei niedrigen Temperaturen vor allem auf dem Meeresgrund. Das bekannteste Gashydrat ist Methanhydrat.^[1][2]

Kohlenhydrate

Kohlenhydrate enthalten im Namen zwar -hydrat, gehören jedoch nicht zu den Hydraten.

Literatur

• Eintrag zu Hydrate. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag