Der Punkt bedeutet, dass die Verbindung ein Hydrat der Stammchemikalie ist; Die Ausgangsverbindung bildet mit einem oder mehreren Wassermolekülen pro Ausgangsmolekül eine schwach gebundene Struktur, da entweder die Wasserstoffatome des Wassers oder der teilweise positiv geladene Bereich des Wassermoleküls, der durch seine "gebogene" Molekülform verursacht wird, angezogen werden zu teilweise negativen Regionen des Ausgangsmoleküls. Es ist keine "vollständige" traditionelle Ionenbindung, aber es funktioniert auf ähnliche Weise. In fester Form bildet diese Mischung aus der Ausgangsverbindung und den Wassermolekülen eine Kristallstruktur wie Eis (es muss kein geordneter Kristall sein, wie man ihn normalerweise bei Salzen erhält) mit Eigenschaften, die sich von einer Form der Substanz unterscheiden Das ist mehr, weniger oder kein Wasser in seiner Struktur.
Ein alltägliches Beispiel für den Unterschied zwischen einer dehydrierten und einer hydratisierten Verbindung ist Portlandzement, der in Beton verwendet wird. In seiner rohen Form ist es zusammen mit einigen anderen Komponenten "dehydriertes" Calciumcarbonat, das durch Erhitzen von Kalkstein hergestellt wird, bis das Wasser aus der Gesteinsstruktur freigesetzt wird. Der verbleibende Feststoff bildet ein feines Pulver, das kaum eine Form halten kann. Fügen Sie das Wasser wieder hinzu, während Sie Beton mischen, und die Wassermoleküle werden mit dem Calciumcarbonat wieder in eine feste Struktur eingebaut, um ein Gestein im Wesentlichen in der gewünschten Form zu reformieren
Was den Grund betrifft, warum sich Rost nur in Gegenwart von Wasser bildet, wirkt sich auch hier die "polare" Natur des Wassers aus. Als polares Lösungsmittel hat es eine gewisse Affinität zu Elektronen, die vom Eisen als Übergangsmetall leicht abgegeben werden und von den Wasserstoffatomen im Wasser angezogen werden. Wenn ein Wasserstoffatom ein Elektron erfolgreich "einfängt", gleicht es seine eigene elektrische Ladung aus und wird von der Bindung, die es mit dem Sauerstoff im Wassermolekül hat, "befreit", anstatt sich mit einem anderen freigesetzten Wasserstoff zu einem zweiatomigen Gas zu paaren. Jetzt wird dieses Wasserstoffgasmolekül nicht weit kommen, da Wasser normalerweise etwas "gelöstes" Sauerstoffgas enthält und sich direkt hinter dem Wasser mehr Sauerstoff befindet, der darauf wartet, dieses Wasserstoffgas wieder zu Wasser zu oxidieren. Das Nettoergebnis ist ein positiv geladenes Eisenatom (typischerweise in den Oxidationsstufen +2 oder +3, das 2 bzw. 3 Elektronen an das Wasser abgegeben hat), negativ geladene Hydroxidionen ($ \ ce {OH -} $ ), und Wasser. Diese bilden eine Mischung von Eisenhydroxiden:
$$ \ ce {2 (Fe - 2e ^ {-}) + 4 (H_2O + e ^ +) + O_2 \\ \ bis 2Fe ^ {2+ } + 4OH ^ - + 2H_2 + O_2 \\ \ bis 2Fe (OH) _2 + 2H_2O} \\ $$$$ \ ce {4 (Fe - 3e ^ {-}) + 12 (H_2O + e ^ +) + 3O_2 \\ \ bis 4Fe ^ {3+} + 12OH ^ - + 6H_2 + 3O_2 \\ \ bis 4Fe (OH) _3 + 6H_2O} $$
Diese zweite Gleichung tritt typischerweise "schrittweise" auf, wie Sie werden feststellen, dass ziemlich viele Elektronen und Ionen gleichzeitig herumschweben. Typischerweise wird zuerst Eisen (II) -hydroxid gebildet, und das Eisen oxidiert dann leicht weiter zu seinem + 3-Zustand, wobei es entweder ein zusätzliches Hydroxid unter Bildung von Eisen (III) -hydroxid aufnimmt oder einen Wasserstoff freisetzt, der unter Bildung von Wasser oxidiert. was zum Monohydrat von Eisen (III) -oxidhydroxid führt:
$$ \ ce {4 (Fe (OH) 2 - e ^ {-}) + 2H_2O + O_2 \ bis 4FeO (OH) * H_2O} $$
Eisen (III) -hydroxid ordnet sich leicht in den gleichen Zustand um (es ist nicht so sehr Zersetzung, da das Wasser schwach an das Oxidhydroxid gebunden bleibt, um das Monohydrat zu bilden):
$$ \ ce {Fe (OH) 3 \ zu FeO (OH) * H_2O} $$
Schließlich wird allgemein angenommen, dass zwei dieser Eisenoxid-Hydroxid-Moleküle einen Sauerstoff von einem der Hydroxidionen zwischen ihnen "teilen", wobei der Wasserstoff stattdessen an den Sauerstoff des anderen Hydroxids bindet und Wasser als Hydrat reformiert ( möglicherweise wird ein Teil davon freigesetzt):
$$ \ ce {2FeO (OH) * H_2O \ bis Fe_2O_3 * xH_2O + yH_2O} $$
Verschiedene Hydratstrukturen dieses Eisens Es gibt Oxide, die zu unterschiedlichen Farben der Verbindung führen, von dunkelbraun über tiefrot bis rot-orange. Andere Oxide sind auch durch direktere Einwirkung des Sauerstoffs auf das Eisen selbst möglich, wie beispielsweise Eisen (II) -oxid ($ \ ce {FeO} $). Erhitzungsrost setzt das Wasser frei und zwingt die Eisenoxide zur Umlagerung, wodurch auch das dritte Eisenoxid, Eisen (II, III) oxid (in mineralischer Form als Magnetit bekannt), entstehen kann.
Sie werden es bemerken dass das Wasser an der Gesamtreaktion teilnimmt, ohne wirklich von ihm zur Bildung des Produkts verbraucht zu werden; Es wird zerstört und dann in gleichen Mengen neu gebildet, wodurch Zwischenprodukte entstehen. Als solches ist Wasser ein Katalysator für diese Reaktionen. Sie werden hoffentlich auch feststellen, dass diese "ideale" Reaktionskette nur eine der Möglichkeiten ist; "Rost" ist ein schlecht definierter Begriff in der Chemie, wobei die alltägliche Verbindung aus einer Mischung verschiedener Hydrate der drei Eisenoxide besteht, die alle in Abhängigkeit von subtilen lokalisierten Unterschieden in der Temperatur und den Verhältnissen von Wasser, Sauerstoff und Eisen erzeugt werden .