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Zuletzt aktualisiert: 06. Dezember 2021

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Name: Svea H., 2018-01

Protolysen (Säure-Base-Reaktion)

Die Protolyse ist eine chemische Reaktion, bei der ein Proton zwischen zwei Reaktionspartnern übertragen wird. Dabei überträgt die Säure ein Proton an ihren Reaktionspartner, die Base. An einer Säure-Base-Reaktion sind stets zwei korrespondierende Säure-Base-Paare beteiligt.

Säure: Protonendonator (Protonenspender), d.h. sie gibt ein Proton/Protonen ab

Base: Protonenakzeptor, d.h. sie nimmt die Protonen auf

=> Donator-Akzeptor-Prinzip

Protolytische Reaktionen sind Gleichgewichtsreaktionen.

Vereinfacht kann man sagen, dass bei einer Protolyse ein H⁺ von einem Partner auf einen anderen übertragen wird. Da H⁺ keine Elektronen hat, sondern nur ein Proton, wird es auch als Proton bezeichnet.

Es gibt verschiedenstufige Protolysen, da manche Stoffe bzw. Verbindungen mehr Protonen als andere besitzen.

Beispiel für eine einstufige Protolyse:

Protolyse von Chlorwasserstoff mit Wasser:

Wird das Gas Chlorwasserstoff (HCl) in Wasser gebracht (H₂O), bildet sich unter Protolyse Salzsäure. In dieser Gleichgewichtsreaktion sind das Molekül HCl und das H₃O⁺ Ion Protondendonatoren (Säuren). H₂O und Cl⁻ wirken als Protonenakzeptoren (Basen)

H₂O + HCl  ⇌  H₃O⁺ + Cl^-

Beispiel für eine zweistufige Protolyse:

Protolyse von Schwefelsäure mit Wasser:

Säuren, welche mehrere Protonen besitzen, wie z.B. Schwefelsäure geben diese Protonen nacheinander ab. Es bilden sich nacheinander die Ionen Hydrogensulfat und Sulfat, d.h. die Protolyse von Schwefelsäure mit Wasser geschieht in zwei Schritten.

H₂SO₄ + 2H₂O ⇌ (HSO₄)^- +H₃O⁺ + H₂O ⇌ (SO₄)^2- + 2H₃O⁺

 Schwefelsäure     Hydrogensulfat (1. Stufe)         Sulfat (2. Stufe)

Beispiel für eine dreistufige Protolyse:

Protolyse von Phosphorsäure mit Wasser:

Phosphorsäure besitzt 3 Protonen, und kann diese nacheinander, in drei Protolysestufen abgeben.

H₃PO₄ + 3H₂O ⇌ (H₂PO₄)^- + H₃O⁺ + 2H₂O ⇌ (HPO₄)^2- + 2H₃O+ + H₂O ⇌  (PO₄)^3- + 3H₃O⁺

Phosphorsäure        Dihydrogenphosphat (1. S.)       Hydrogenphosphat (2. Stufe)      Phosphat(3. Stufe)

Ampholyte

Amphotere (auch amphoylte oder amphiprotische) Verbindungen sind chemische Verbindungen, die je nach Reaktionspartner sowohl als Säure oder auch als Base reagieren können, d.h. sie können sowohl Protonen abgeben als auch aufnehmen.

Oft kann man erst durch ein Experiment bestimmen (z.B. durch eine pH-Messung), welche Reaktion abläuft und ob der Stoff als Säure oder Base reagiert.

Beispiel: Ammoniak reagiert als Amphoter:

Ammoniak kann mit Wasser als Base oder Säure reagieren.

a) Ammoniak reagiert als Base (nimmt Proton auf):

NH₃ + H₂O --> NH₄⁺ + OH^-

Base    Säure    Säure    Base

b) Ammoniak reagiert als Säure (gibt Proton ab):

NH₃ + H₂O --> NH₂^- + H₃O⁺

Säure  Base      Base  Säure

Verbindungen mit basischen und funktionellen Gruppen, wie z.B. Aminosäuren (saure Carboxygruppe und basische Aminogruppe), sind ebenfalls Ampholyte.

Reaktionsbeispiel Glycin reagiert als Amphoter:

a) Glycin reagiert mit Säure als Base:

HCl + H₂N-CH₂-COOH --> H₃N+-CH₂-COOH + Cl^-

b) Glycin regiert mit Base als Säure:

NaOH + H₂N-CH₂-COOH --> H₂O + H₂N-CH₂-COO^- + Na⁺

Die Wasserlöslichkeit der Ampholyte hängt stark vom pH-Wert ab. Manche Ampholyte reagieren mit sich selbst. Das bekannteste Beispiel ist Wasser. Wasser reagiert mit Säuren zu H₃O⁺ oder mit Basen zu OH^-. Dies zeigt sich auch in der Autoprotolyse des Wassers.