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Protolyse Die oder auch protolytische Reaktion ist eine chemische Reaktion bei der ein Proton H Ion zwischen zwei Reakti

Protolyse

Die Protolyse (oder auch protolytische Reaktion) ist eine chemische Reaktion, bei der ein Proton (H+-Ion) zwischen zwei Reaktionspartnern übertragen wird. Mit dem Begriff Protolyse wird häufig fälschlich die Abspaltung von Protonen bezeichnet. Wegen dieser missverständlichen Ähnlichkeit mit der Hydrolyse oder Photolyse empfiehlt die IUPAC, auf den Begriff zu verzichten.

Die Protolyse ist der entscheidende Vorgang nach der wichtigen Brønstedschen Säure-Base-Theorie. Danach überträgt eine Säure ein Proton (H+) an einen Reaktionspartner. Die als Säure bezeichnete Verbindung wirkt als Protonenspender (Protonendonator), die Base (häufig Wasser) nimmt die Protonen auf und wird daher als Protonenakzeptor bezeichnet. Zwischen den Reaktionspartnern stellt sich ein chemisches Gleichgewicht ein.

Protolytische Reaktionen Bearbeiten

Wird das Gas Chlorwasserstoff (HCl) in Wasser eingebracht, bildet sich unter Protolyse die Salzsäure. In dieser Gleichgewichtsreaktion sind das Molekül HCl und das Ion H3O+ Protonendonatoren, also nach Brønsted Säuren. H2O und Cl− wirken als Protonenakzeptoren, sie sind nach Brønsted also Basen.

Wird beispielsweise reine Essigsäure (H3C–COOH) in Wasser gegeben, bilden sich unter Protolyse H3O+ und das Acetat-Anion (H3C–COO−). Hier sind CH3COOH und H3O+ Protonendonatoren, während H3C–COO− und H2O Protonenakzeptoren sind.

Protolyse der zweiprotonigen Verbindung Schwefelsäure in Wasser:

In dieser Reaktionsgleichung sind die Moleküle H2SO4 und das Ion H3O+ Protonendonatoren, also nach Brønsted Säuren. H2O und SO42− wirken als Protonenakzeptoren, sie sind nach Brønsted also Basen. Eine besondere Rolle spielt HSO4−, das je nach Reaktionsrichtung als Protonenakzeptor oder Protonendonator reagieren kann. Man bezeichnet Substanzen mit solchen Eigenschaften als Ampholyte.

Wird das Gas Ammoniak (NH3) in Wasser eingeleitet, bilden sich Ammonium-Ionen (NH4+) und Hydroxid-Ionen (OH−). Protonendonatoren sind hier NH4+ und H2O, während OH− und NH3 Protonenakzeptoren sind.

Autoprotolyse Bearbeiten

Reines Wasser unterliegt einer sogenannten Autoprotolyse (auch Autodissoziation). Hierbei entstehen Oxoniumionen (H3O+) und Hydroxidionen (OH−). H2O kann sowohl als Protonendonator (als Säure) oder als Protonenakzeptor (als Base) reagieren. Man spricht daher auch hier von einem Ampholyten.

Das Gleichgewicht liegt sehr stark auf Seite des Wassers. Das Ionenprodukt für diese Reaktion beträgt bei 298 K (25 °C) etwa 10−14 mol2 l−2. Die Autoprotolyse des Wassers ist der Grund dafür, dass auch chemisch reines Wasser eine zumindest geringe elektrische Leitfähigkeit besitzt. Eine Anwendung der Autoprotolyse zur elektrischen Ladungstrennung findet sich beim Kelvin-Generator, wenn dieser mit chemisch reinem Wasser betrieben wird.

Die Autoprotolyse (und damit der pH-Wert) ist stark temperaturabhängig. So betragen die Ionenprodukte von Wasser (in mol2 l−2):

Tempe-
ratur		 Kw/10−14M2
 pKw
 neutraler
pH
000 °C 00,11 14,94 7,47
010 °C 00,29 14,53 7,27
020 °C 00,68 14,17 7,09
025 °C 01,01 14,00 7,00
030 °C 01,47 13,83 6,92
040 °C 02,92 13,53 6,77
050 °C 05,47 13,26 6,63
060 °C 09,6 13,02 6,51
070 °C 16 12,80 6,40
080 °C 25 12,60 6,30
090 °C 37 12,43 6,22
100 °C 54 12,27 6,14

Modell der Autoprotolyse des Wassers Bearbeiten

Wird die Autoprotolyse des Wassers in folgender Form betrachtet:

ergibt sich für die Hinreaktion, also die Dissoziation, formal eine Reaktion 0. Ordnung. Für die Rückreaktion folgt so formal eine Reaktion 2. Ordnung.

Autoprotolyse in nichtwässrigen Lösungen Bearbeiten

In Brønstedschen Säure-Base-Reaktionen können neben Wasser auch andere hinreichend polare Lösungsmittel als Reaktionspartner dienen, zum Beispiel Methanol oder Ethanol. Ein gutes Beispiel ist die Autoprotolyse des flüssigen Ammoniaks. Es bilden sich die Ionen Ammonium und Amid.

Ionenprodukt = 10−32

Auch in konzentrierter Schwefelsäure sind analoge Reaktionen bekannt:

Ionenprodukt = 10−4

Ebenso von Fluorwasserstoff:

Ionenprodukt = 10−10,7 (0 °C)

(Weitere Beispiele unter Ampholyt#Beispiele für Ampholyte.)

Siehe auch Bearbeiten

Weblinks Bearbeiten

Wiktionary: Protolyse – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. ↑ The International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC): IUPAC - protolysis (P04905). Abgerufen am 8. Juni 2022.
  2. Siegfried Ebel und Hermann J. Roth (Herausgeber): Lexikon der Pharmazie, Georg Thieme Verlag, 1987, S. 75, ISBN 3-13-672201-9.
  3. ↑ Küster, Thiel: Rechentafeln für die Chemische Analytik, 105. Auflage, Berlin / New York 2003, ISBN 3-11-017566-5.
  4. ↑ D'Ans – Lax Taschenbuch für Chemiker und Physiker Band 1, Springer-Verlag 1967, S. 626.
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Veröffentlichungsdatum:
Die Protolyse oder auch protolytische Reaktion ist eine chemische Reaktion bei der ein Proton H Ion zwischen zwei Reaktionspartnern ubertragen wird 1 Mit dem Begriff Protolyse wird haufig falschlich die Abspaltung von Protonen bezeichnet Wegen dieser missverstandlichen Ahnlichkeit mit der Hydrolyse oder Photolyse empfiehlt die IUPAC auf den Begriff zu verzichten 1 Die Protolyse ist der entscheidende Vorgang nach der wichtigen Bronstedschen Saure Base Theorie Danach ubertragt eine Saure ein Proton H an einen Reaktionspartner Die als Saure bezeichnete Verbindung wirkt als Protonenspender Protonendonator die Base haufig Wasser nimmt die Protonen auf und wird daher als Protonenakzeptor bezeichnet Zwischen den Reaktionspartnern stellt sich ein chemisches Gleichgewicht ein Inhaltsverzeichnis 1 Protolytische Reaktionen 2 Autoprotolyse 2 1 Modell der Autoprotolyse des Wassers 2 2 Autoprotolyse in nichtwassrigen Losungen 3 Siehe auch 4 Weblinks 5 EinzelnachweiseProtolytische Reaktionen BearbeitenWird das Gas Chlorwasserstoff HCl in Wasser eingebracht bildet sich unter Protolyse die Salzsaure In dieser Gleichgewichtsreaktion sind das Molekul HCl und das Ion H3O Protonendonatoren also nach Bronsted Sauren H2O und Cl wirken als Protonenakzeptoren sie sind nach Bronsted also Basen H 2 O H C l H 3 O C l displaystyle mathrm H 2 O HCl rightleftharpoons H 3 O Cl nbsp Wird beispielsweise reine Essigsaure H3C COOH in Wasser gegeben bilden sich unter Protolyse H3O und das Acetat Anion H3C COO Hier sind CH3COOH und H3O Protonendonatoren wahrend H3C COO und H2O Protonenakzeptoren sind H 3 C C O O H H 2 O H 3 C C O O H 3 O displaystyle mathrm H 3 C COOH H 2 O rightleftharpoons H 3 C COO H 3 O nbsp Protolyse der zweiprotonigen Verbindung Schwefelsaure in Wasser H 2 S O 4 2 H 2 O H 3 O H 2 O H S O 4 2 H 3 O S O 4 2 displaystyle mathrm H 2 SO 4 2 H 2 O rightleftharpoons H 3 O H 2 O HSO 4 rightleftharpoons 2 H 3 O SO 4 2 nbsp In dieser Reaktionsgleichung sind die Molekule H2SO4 und das Ion H3O Protonendonatoren also nach Bronsted Sauren H2O und SO42 wirken als Protonenakzeptoren sie sind nach Bronsted also Basen Eine besondere Rolle spielt HSO4 das je nach Reaktionsrichtung als Protonenakzeptor oder Protonendonator reagieren kann Man bezeichnet Substanzen mit solchen Eigenschaften als Ampholyte Wird das Gas Ammoniak NH3 in Wasser eingeleitet bilden sich Ammonium Ionen NH4 und Hydroxid Ionen OH Protonendonatoren sind hier NH4 und H2O wahrend OH und NH3 Protonenakzeptoren sind N H 3 H 2 O N H 4 O H displaystyle mathrm NH 3 H 2 O rightleftharpoons NH 4 OH nbsp Autoprotolyse BearbeitenReines Wasser unterliegt einer sogenannten Autoprotolyse auch Autodissoziation 2 Hierbei entstehen Oxoniumionen H3O und Hydroxidionen OH H2O kann sowohl als Protonendonator als Saure oder als Protonenakzeptor als Base reagieren Man spricht daher auch hier von einem Ampholyten 2 H 2 O H 3 O O H displaystyle mathrm 2 H 2 O rightleftharpoons H 3 O OH nbsp Das Gleichgewicht liegt sehr stark auf Seite des Wassers Das Ionenprodukt fur diese Reaktion betragt bei 298 K 25 C etwa 10 14 mol2 l 2 Die Autoprotolyse des Wassers ist der Grund dafur dass auch chemisch reines Wasser eine zumindest geringe elektrische Leitfahigkeit besitzt Eine Anwendung der Autoprotolyse zur elektrischen Ladungstrennung findet sich beim Kelvin Generator wenn dieser mit chemisch reinem Wasser betrieben wird Die Autoprotolyse und damit der pH Wert ist stark temperaturabhangig So betragen die Ionenprodukte von Wasser in mol2 l 2 Tempe ratur Kw 10 14M2 3 4 pKw 3 4 neutralerpH00 0 C 0 0 11 14 94 7 470 10 C 0 0 29 14 53 7 270 20 C 0 0 68 14 17 7 090 25 C 0 1 01 14 00 7 000 30 C 0 1 47 13 83 6 920 40 C 0 2 92 13 53 6 770 50 C 0 5 47 13 26 6 630 60 C 0 9 6 13 02 6 510 70 C 16 12 80 6 400 80 C 25 12 60 6 300 90 C 37 12 43 6 22100 C 54 12 27 6 14Modell der Autoprotolyse des Wassers Bearbeiten Wird die Autoprotolyse des Wassers in folgender Form betrachtet H 2 O H O H displaystyle mathrm H 2 O rightleftharpoons H OH nbsp ergibt sich fur die Hinreaktion also die Dissoziation formal eine Reaktion 0 Ordnung Fur die Ruckreaktion folgt so formal eine Reaktion 2 Ordnung Autoprotolyse in nichtwassrigen Losungen Bearbeiten In Bronstedschen Saure Base Reaktionen konnen neben Wasser auch andere hinreichend polare Losungsmittel als Reaktionspartner dienen zum Beispiel Methanol oder Ethanol Ein gutes Beispiel ist die Autoprotolyse des flussigen Ammoniaks Es bilden sich die Ionen Ammonium und Amid 2 N H 3 N H 4 N H 2 displaystyle mathrm 2 NH 3 rightleftharpoons NH 4 NH 2 nbsp Ionenprodukt 10 32Auch in konzentrierter Schwefelsaure sind analoge Reaktionen bekannt 2 H 2 S O 4 H 3 S O 4 H S O 4 displaystyle mathrm 2 H 2 SO 4 rightleftharpoons H 3 SO 4 HSO 4 nbsp Ionenprodukt 10 4Ebenso von Fluorwasserstoff 3 H F H 2 F H F 2 displaystyle mathrm 3 HF rightleftharpoons H 2 F HF 2 nbsp Ionenprodukt 10 10 7 0 C Weitere Beispiele unter Ampholyt Beispiele fur Ampholyte Siehe auch BearbeitenProtonierungWeblinks Bearbeiten nbsp Wiktionary Protolyse Bedeutungserklarungen Wortherkunft Synonyme UbersetzungenEinzelnachweise Bearbeiten a b The International Union of Pure and Applied Chemistry IUPAC IUPAC protolysis P04905 Abgerufen am 8 Juni 2022 Siegfried Ebel und Hermann J Roth Herausgeber Lexikon der Pharmazie Georg Thieme Verlag 1987 S 75 ISBN 3 13 672201 9 a b Kuster Thiel Rechentafeln fur die Chemische Analytik 105 Auflage Berlin New York 2003 ISBN 3 11 017566 5 a b D Ans Lax Taschenbuch fur Chemiker und Physiker Band 1 Springer Verlag 1967 S 626 Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Protolyse amp oldid 236765804