Warum wird bei der Hydratation Energie frei?

Warum wird bei der Hydratation Energie frei?

Hydratation ist der Prozess, bei dem sich Ionen oder polare Moleküle mit Wassermolekülen umgeben. Dieser Vorgang ist energiereich und exotherm, d. h. er gibt Wärme ab.

Gitterenergie vs. Hydratationsenergie

Die Energie, die beim Auflösen eines Ionenkristalls in Wasser freigesetzt wird, ist die Summe zweier entgegenwirkender Energien:

• Gitterenergie: Dies ist die Energie, die zur Überwindung der elektrostatischen Anziehungskräfte zwischen entgegengesetzt geladenen Ionen im Kristallgitter erforderlich ist.
• Hydratationsenergie: Dies ist die Energie, die freigesetzt wird, wenn sich Wassermoleküle um Ionen herum anordnen und Wasserstoffbrückenbindungen bilden.

Exothermer Prozess

Ob der Auflösungsprozess exotherm ist oder nicht, hängt von der relativen Größe der Gitterenergie und der Hydratationsenergie ab. Wenn die Hydratationsenergie die Gitterenergie übersteigt, wird der Prozess exotherm und es wird Wärme freigesetzt.

Wassermoleküle und Wasserstoffbrückenbindungen

Wassermoleküle sind polar, d. h. sie haben einen positiven und einen negativen Pol. Der positive Pol des Wassermoleküls kann mit einem negativen Ion wechselwirken, während der negative Pol mit einem positiven Ion wechselwirkt. Diese Wechselwirkungen bilden starke Wasserstoffbrückenbindungen.

Abgabe von Überschussenergie als Wärme

Die Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Wassermolekülen und Ionen setzt Energie frei. Wenn dieser Energieüberschuss nicht absorbiert werden kann, wird er als Wärme abgegeben, wodurch sich die Lösung erwärmt.

Beispiele für exotherme Hydratationsprozesse

• Auflösung von Natriumchlorid (Kochsalz) in Wasser
• Auflösung von Magnesiumsulfat (Bittersalz) in Wasser
• Auflösung von Kupfersulfat in Wasser