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Molekülkristalle

Beispiele

Die Funktion und Einbindung des Kristallwassers im Kristall kann sehr unterschiedlich sein.

Koordinationswasser
In Verbindungen in denen das Kristallwasser ausschließlich an die Kationen gebunden ist, wird das es als Koordinationswasser bezeichnet. Salze mit Koordinationswasser sind zum Beispiel [Ni(H2O)6]SO4, [Ni(H2O)6]Cl2, [Be(H2O)4]SO4 und CuSO4·5H2O.
Strukturwasser
In Verbindungen, in denen das Kristallwasser über Wasserstoffbrücken-Bindungen an das Wirtsgitter gebunden ist, wird es Strukturwasser genannt.
Zeolithe
In Zeolithen ist das Kristallwasser nicht am Wirtsgitter gebunden.

Koordinationswasser

Kupfersulfat

Im blauen Kupfersulfat CuSO4·5H2O ist das Cu2+ -Ion von vier Wasser-Molekülen quadratisch planar koordiniert, das fünfte fungiert als Brücke zwischen Sulfatsauerstoff und einem Koordinationswasser-Molekül. Das Cu2+ ist im CuSO4·5H2O verzerrt oktaedrisch durch Sauerstoff koordiniert. Vier Sauerstoff-Atome stammen aus den Kristallwasser-Molekülen, zwei der Sauerstoffpunktlagen werden durch die Eckpunkte von SO4 2- -Tetraedern zugesteuert.

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Beim Erwärmen macht das Kupfersalz bei 110 °C unter Verlust von vier Molekülen des Kristallwassers eine Phasenumwandlung durch. Das Brückenwasser-Molekül verschwindet aus der Struktur, ebenso wie drei weitere Wasser-Moleküle. Im entstehenden CuSO4·H2O-Gitter wird das zentrale Kupfer-Ion nun durch die Ecken von vier SO4 2- -Tetraedern und durch die Sauerstoff-Atome von zwei Kristallwasser-Molekülen oktaedrisch koordiniert. Die folgenden Abbildungen zeigen wegen der Übersichtlichkeit nur einen Teil der jeweiligen Elementarzellen.

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Abb.3
CuSO4·5H2O
Abb.4
CuSO4·H2O
CuSO4 · 5H2O 110°C CuSO4 · H2O 400°C CuSO4(s) 650°C CuSO4(l)

Analoge Verhältnisse findet man bei den Sulfaten des Typs MSO4·7H2O = [M(H2O)6]SO4·H2O, mit M = Mn2+, Fe2+, Co2+, Ni2+.

Die Dehydratisierung von Salzhydraten zu den wasserfreien Salzen durch Erhitzen ist keineswegs immer möglich. Ist das Koordinationswasser sehr fest gebunden, was vor allem für kleine, mehrfach geladene Kationen zutrifft, so können insbesondere Halogenide wie AlCl3·6H2O, MgCl2·6H2O, MnCl2·4H2O Zersetzung unter Spaltung der O-H-Bindung erleiden:

AlCl3 · 6H2O Al(OH)3+ 3HCl+ 3H2O

Strukturwasser

Gips

Gips CaSO4·2H2O kristallisiert in Schichtstruktur. Der Zusammenhalt zwischen den Schichten wird durch Wassermoleküle erreicht, die einerseits an Ca2+ , andererseits über Wasserstoffbrücken an Sulfatsauerstoff koordiniert sind.

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Abb.5
Abb.6

Zeolithe

Abb.7
Struktur eines Zeoliths

Die Zeolithe enthalten kanalartige Hohlräume, in die Wassermoleküle reversibel eingelagert werden können. Da die Struktur des Kristalls durch kovalent verknüpfte SiO4-Tetraeder bestimmt wird, ist die Einlagerung oder Abgabe von Wasser hier für die Stabiltät der Kristallstruktur nicht entscheidend.

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