Protolyse

Die Protolyse ist eine chemische Reaktionsart und meint den Zerfall oder Abbau einer chemischen Verbindung unter Übertragung von Protonen. Die Protolyse ist der entscheidende Vorgang nach der Brønstedschen Säure-Basen-Theorie. Danach zerfällt eine Säure in ein Proton (H⁺-Ion) und einen Säurerestion. Die Säure wirkt als Protonenspender (Protonendonator), das Lösungsmittel (meist Wasser) nimmt die Protonen auf und wird daher als Protonenakzeptor bezeichnet. Den Zerfall der Säure bezeichnet man auch als Dissoziation.

Beispiel 1: Protolyse von Chlorwasserstoff bzw. "Salzsäuregas" (einprotonige Säure) in Wasser:

HCl + H₂O Bild:Gleichgewicht.png H₃O⁺ + Cl^-

Hierbei sind die Moleküle HCl und H₃O⁺ theoretische Protonendonatoren, sprich nach Brönsted Säuren: HCl S₁, H₃O⁺ S₂.
H₂O und Cl^- wirken als Protonenakzeptoren, sprich nach Brönsted als Basen: Cl^- als B₁, H₂O als B₂.

Beispiel 2: Vollständige Protolyse von Schwefelsäure (zweiprotonige Säure):

H₂SO₄ + 2 H₂O Bild:Gleichgewicht.png 2 H₃O⁺ + SO₄^2-

Als Protonenakzeptor können neben Wasser auch andere hinreichend polare Lösungsmittel dienen, zum Beispiel Methanol, Ethanol oder Ammoniak.

Zerfällt ein Lösemittel selbst in Protonen und ein Restion, so nennt man diese Protolyse eine Autoprotolyse. Die dazu notwendige Energie stammt aus der Wärmeenergie des Lösemittels selbst. Reines Wasser unterliegt einer solchen Autoprotolyse merklich, bei der Oxoniumionen und Hydroxidionen entstehen. Man spricht daher auch von der Autoprotolyse des Wassers:

2 H₂O Bild:Gleichgewicht.png H₃O⁺ + OH^-

Wasser reagiert sowohl als Säure als auch als Base. Man spricht daher von einem Ampholyt. Das Ionenprodukt für diese Reaktion beträgt bei 298 K (25°C) 10^-14 mol² l^-2. Das Gleichgewicht liegt also sehr stark auf der linken Seite der Reaktion.

Die Autoprotolyse des Wassers ist der Grund dafür, dass auch chemisch reines Wasser eine geringe elektrische Leitfähigkeit besitzt.

Die Autoprotolyse ist deutlich abhängig von der Temperatur. So beträgt die Gleichgewichtskonstante (in mol² l^-2):

• bei 0°C 0,11 * 10^-14, also rund 10^-15
• bei 60°C 9,61 * 10^-14, also rund 10^-13

Dementsprechend ist auch der pH-Wert von Wasser temperaturabhängig. Er ergibt sich aus dem Logarithmus der Oxonium-Ionen-Konzentration. Hydratisierte (mit Wasserhülle umgebene) Oxonium-Ionen sind Hydronium-Ionen. Da diese Konzentration gleich der Konzentration der Hydroxid-Ionen ist, kann man einfach die Wurzel aus der Gleichgewichtskonstante ziehen bzw. den dekadischen Logarithmus der Gleichgewichtskonstante halbieren. Damit ergibt sich für

• reines Wasser bei 0°C ein pH von 7,5
• reines Wasser bei 25°C ein pH von 7,0
• reines Wasser bei 60°C ein pH von 6,5

Prinzipiell können alle polaren Moleküle autoprotolytisch zerfallen. Ein weiteres Beispiel ist die Autoprotolyse des flüssigen Ammoniaks. Es bilden sich die Ionen Ammonium und Amid.

2 NH₃Bild:Gleichgewicht.png NH₄⁺ + NH₂^-

Weblinks

• http://www.seilnacht.com/Lexikon/Saeuren.htm#broenstedt (Protolyse)
• http://www.seilnacht.com/Lexikon/ampholyt.html (Ampholyt, Autoprotolyse)

Kategorie:Chemische Reaktion Kategorie:Reaktionsart

See also: Protolyse, Ammoniak, Ampholyt, Base (Chemie), Chemische Reaktionsart, Chlorwasserstoff, Dissoziation, Elektrische Leitfähigkeit, Ethanol, Gleichgewichtskonstante