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.

Mouse

Abb.1

Fotograf: Benjamin Mills

Abb.2

Benjamin Mills, based on template by A. Herráez as modified by J. Gutow

Beim Erwärmen macht das Kupfersalz bei 110 $\text{°C}$ 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.

Mouse

Mouse

Abb.3

CuSO₄·5H₂O

Abb.4

CuSO₄·H₂O

$$\begin{array}{ccccccc}\hfill \text{Cu}\text{S}{\text{O}}_4\text{·}5{\text{H}}_2\text{O}& \stackrel{110\text{°C}}{\to }& \hfill \text{Cu}\text{S}{\text{O}}_4\text{·}{\text{H}}_2\text{O}& \stackrel{400\text{°C}}{\to }& \hfill \text{Cu}\text{S}{\text{O}}_4\text{(s)}& \stackrel{650\text{°C}}{\to }& \text{Cu}\text{S}{\text{O}}_4\text{(l)}\hfill \end{array}$$

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:

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.

Mouse

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.