Kristallwasser
Ein wesentliches Kennzeichnen von Mineralien ist die chemische Zusammensetzung, die sich von Mineral zu Mineral unterscheidet und hilft, Mineralien eindeutig zu bestimmen. Unter den über 6.100 weltweit bekannten Mineralien gibt es zahlreiche Mineralien, in deren chemische Formel Wasser enthält, das in der Mineralogie als Kristallwasser oder Hydratwasser bezeichnet wird.
Definition von Kristallwasser
Als Kristallwasser wird Wasser definiert, das in Form von H2O-Molekülen in die Kristallstruktur eines Minerals eingebaut ist. Je nach Mineral kann es direkt an Metallionen gebunden (Koordinationswasser), über Wasserstoffbrückenbindungen stabilisiert oder in Hohlräumen und Kanälen des Kristallgitters eingelagert sein. Kristallwasser ist damit Bestandteil des Minerals und unterscheidet sich grundlegend von äußerlich anhaftender Feuchtigkeit oder Porenwasser.
Mineralien, die Kristallwasser enthalten, werden als Hydrate bezeichnet. Die entsprechenden wasserfreien Verbindungen heißen Anhydrite. Ein bekanntes Beispiel ist das Mineral Gips (CaSO4 · 2H2O), dessen wasserfreies Gegenstück Anhydrit (CaSO4) ein eigenständiges Mineral mit anderen Eigenschaften ist.
Wasser in Kristallen
Kristallwasser kann auf unterschiedliche Weise in Mineralien vorkommen.
Koordinationswasser
Beim Koordinationswasser sind die Wassermoleküle direkt an Metallionen gebunden und bilden einen festen Bestandteil der Kristallstruktur. Diese Bindungsform findet sich beispielsweise bei vielen Sulfaten und Salzen.
Kanal- oder Hohlraumwasser
Einige Mineralien besitzen Kanäle oder Hohlräume innerhalb ihres Kristallgitters, in denen Wassermoleküle eingelagert sind. Dieses Wasser ist vergleichsweise beweglich und kann teilweise aufgenommen oder wieder abgegeben werden, ohne dass die Grundstruktur des Minerals zerstört wird.
Besonders typisch ist dieses Verhalten für die Mineralien der Zeolith-Gruppe, deren Kristallgitter wie ein feines Netzwerk aus Hohlräumen aufgebaut ist. Diese Eigenschaft macht Zeolithe unter anderem für technische Anwendungen als Molekularsiebe oder Ionenaustauscher interessant.
Kristallwasser und Strukturwasser
Kristallwasser sollte nicht mit Strukturwasser verwechselt werden.
Während Kristallwasser aus vollständigen Wassermolekülen (H2O) besteht, liegt Strukturwasser häufig in Form von Hydroxylgruppen (OH-) vor, die chemisch fest in die Kristallstruktur eingebunden sind. Hydroxylgruppen sind beispielsweise für zahlreiche Silikatmineralien wie Glimmer, Amphibole oder Chlorite charakteristisch. Obwohl beide Wasserstoff und Sauerstoff enthalten, unterscheiden sich Kristallwasser und Hydroxylgruppen sowohl chemisch als auch hinsichtlich ihres Verhaltens beim Erhitzen deutlich.
Kristallwasser in der chemischen Formel
In chemischen Formeln wird Kristallwasser durch einen Mittelpunkt (·) dargestellt. Die Zahl hinter dem Mittelpunkt gibt an, wie viele Wassermoleküle pro Formeleinheit des Minerals gebunden sind.
Beispiele:
- Gips: CaSO4 · 2HO2
- Kupfervitriol: CuSO4 · 5H2O
- Borax: Na2B4O7 · 10H2O
Diese Wassermoleküle gehören zur chemischen Zusammensetzung des Minerals und sind nicht lediglich zwischen den Kristallen eingeschlossen.
Entstehung von Kristallwasser
Kristallwasser wird bereits während der Bildung eines Minerals in dessen Kristallstruktur eingebaut. Entsteht ein Mineral aus einer wässrigen Lösung oder aus hydrothermalen Fluiden, können Wassermoleküle in die wachsende Kristallstruktur integriert werden. Dort stabilisieren die Wassermolekühle bestimmte Kristallformen oder besetzen freie Hohlräume innerhalb des Kristallgitters.
Dadurch entstehen Mineralien, die sich trotz gleicher Grundzusammensetzung deutlich von den wasserfreien Varianten unterscheiden. So haben Gips und Anhydrit zwar beide Calciumsulfat als Grundbaustein, unterscheiden sich jedoch durch den Gehalt an Kristallwasser und damit auch in den jeweiligen physikalischen Eigenschaften.
Verlust von Kristallwasser (Dehydratation)
Obwohl Kristallwasser Bestandteil des Minerals ist, kann es unter bestimmten Bedingungen wieder abgegeben werden. Besonders beim Erhitzen verdampft das gebundene Wasser, wodurch sich die Kristallstruktur verändern kann.
Je nach Mineral hat der Wasserverlust unterschiedliche Folgen. Manche Mineralien verändern lediglich die innere Kristallstruktur, während andere spröde werden, Risse bilden oder schließlich zu einem feinen Pulver zerfallen. Häufig bleibt dabei die äußere Kristallform zunächst erhalten, obwohl sich das Innere bereits umgewandelt hat.
Reversible Wasseraufnahme
Nicht bei allen Mineralien ist der Verlust von Kristallwasser dauerhaft.
Vor allem die Mineralien der Zeolith-Gruppe besitzen die Fähigkeit, Wasser nach dem Austrocknen erneut aufzunehmen. Diese Eigenschaft wird als Rehydratation bezeichnet und beruht auf den offenen Kanälen innerhalb der Kristallstruktur. Durch die reversible Aufnahme und Abgabe von Wasser finden Zeolithe vielfältige technische Anwendungen, beispielsweise als Trocknungsmittel, Ionenaustauscher oder Molekularsiebe.
Kristallwasserhaltige Mineralien
- Antigorit
- Bellbergit (Zeolithe)
- Brewsterit (Zeolithe)
- Cancrinit
- Carnallit
- Chabasit (Zeolithe)
- Chalkanthit
- Crandallit
- Ettringit
- Erythrin
- Eudialyt
- Gips
- Glaukonit
- Goethit
- Gyrolith
- Hemimorphit
- Heulandit (Zeolithe)
- Hyalit
- Laumontit (Zeolithe)
- Lazulith
- Lévyn (Zeolithe)
- Montmorillonit
- Okenit
- Opal
- Phillipsit (Zeolithe)
- Prehnit
- Putnisit
- Saponit
- Sepiolith
- Skolezit (Zeolithe)
- Stichtit
- Thaumasit
- Tremolit
- Türkis
- Vermicullit
Beispiele für kristallwasserhaltige Mineralien; Liste ist nicht vollständig
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Letzte Aktualisierung: 26.06.2026