Mit Google fortfahren
Protolyse: Protonenübertragung einfach erklärt
Bei einer Protolyse überträgt eine Säure ein Proton auf eine Base. Nach dem Brønsted-Konzept ist die Säure der Protonendonator und die Base der Protonenakzeptor. Wasser kann beteiligt sein, ist aber nicht notwendig.
Auf dieser Seite lernst du, die Rollen der Teilchen zu bestimmen, korrespondierende Säure-Base-Paare zu erkennen und Protolysegleichungen aufzustellen.
Hake ab, was du schon kannst — und komm am Ende hierher zurück!
Was wird bei einer Protolyse übertragen?
Stell dir zwei Teilchen vor: Das eine kann ein Proton abgeben, das andere kann es aufnehmen. Treffen beide zusammen, kann ein Protonenübergang stattfinden.
Protolyse
Eine Protolyse ist eine chemische Reaktion, bei der ein Proton zwischen zwei Reaktionspartnern übertragen wird. Ein Proton wird dabei nicht einfach freigesetzt, sondern von einem anderen Teilchen aufgenommen.
Nach Brønsted gelten diese Rollen:
- Eine Säure gibt ein Proton ab. Sie ist der Protonendonator.
- Eine Base nimmt ein Proton auf. Sie ist der Protonenakzeptor.
Ein Säuremolekül benötigt dafür ein abspaltbares, polar gebundenes Wasserstoffatom. Ein Protonenakzeptor benötigt ein freies Elektronenpaar, an das sich das Proton binden kann.
Hydrogenchlorid überträgt in Wasser ein Proton auf ein Wassermolekül:
$\ce{HCl + H2O -> H3O+ + Cl-}$
- $\ce{HCl}$ gibt ein Proton ab und ist die Säure.
- $\ce{H2O}$ nimmt das Proton auf und ist die Base.
- Es entstehen Oxonium-Ionen $\ce{H3O+}$ und Chlorid-Ionen $\ce{Cl-}$.
Die entstehenden Ionen erklären, warum die saure Lösung elektrischen Strom leitet.
Bestimme die Rollen immer am Protonenübergang: Abgabe bedeutet Säure, Aufnahme bedeutet Base.
Wie entstehen korrespondierende Paare?
Nach der Protonenübertragung wird aus der Säure ihre korrespondierende Base. Aus der Base wird ihre korrespondierende Säure.
Korrespondierendes Säure-Base-Paar
Eine Säure und ihre korrespondierende Base unterscheiden sich genau durch ein Proton. Dasselbe gilt für eine Base und ihre korrespondierende Säure.
Für die Reaktion mit Hydrogenchlorid ergeben sich zwei Paare:
- $\ce{HCl/Cl-}$: $\ce{HCl}$ gibt ein Proton ab und wird zu $\ce{Cl-}$.
- $\ce{H3O+/H2O}$: $\ce{H2O}$ nimmt ein Proton auf und wird zu $\ce{H3O+}$.
Die allgemeine Beziehung lautet:
Säure + Base ⇌ korrespondierende Base + korrespondierende Säure
Essigsäure reagiert mit Wasser:
$\ce{CH3COOH + H2O <=> CH3COO- + H3O+}$
- $\ce{CH3COOH}$ gibt ein Proton ab: Säure.
- $\ce{H2O}$ nimmt das Proton auf: Base.
- $\ce{CH3COO-}$ ist die korrespondierende Base der Essigsäure.
- $\ce{H3O+}$ ist die korrespondierende Säure des Wassers.
Die Paare sind somit $\ce{CH3COOH/CH3COO-}$ und $\ce{H3O+/H2O}$.
Wähle in jeder Lücke die passende Form und prüfe anschließend deine Antworten.
Bei einer Protolyse gibt die ein Proton ab. Die Base wird durch die Protonenaufnahme zu ihrer . Ein korrespondierendes Paar unterscheidet sich um genau .
Wie stellst du eine Protolysegleichung auf?
Du kannst eine Protolysegleichung in fünf Schritten entwickeln:
- Bestimme das Teilchen, das ein Proton abgeben kann.
- Bestimme das Teilchen, das dieses Proton aufnehmen kann.
- Entferne bei der Säure ein $\ce{H+}$.
- Ergänze bei der Base ein $\ce{H+}$.
- Prüfe Atomsorten und Gesamtladung auf beiden Seiten.
Phosphorsäure reagiert mit Ammoniak:
$\ce{H3PO4 + NH3 <=> H2PO4- + NH4+}$
- $\ce{H3PO4}$ gibt ein Proton ab und wird zu $\ce{H2PO4-}$.
- $\ce{NH3}$ nimmt dieses Proton auf und wird zu $\ce{NH4+}$.
- Die Paare sind $\ce{H3PO4/H2PO4-}$ und $\ce{NH4+/NH3}$.
Kontrolle: Auf beiden Seiten befinden sich gleich viele Atome. Auch die Gesamtladung stimmt: links 0, rechts $-1+1=0$.
Ein Reaktionspfeil zeigt nicht, welches Teilchen Säure oder Base ist. Entscheidend ist allein, welches Teilchen bei der betrachteten Reaktionsrichtung ein Proton abgibt und welches es aufnimmt.
Warum kann Wasser zwei Rollen übernehmen?
Wasser nimmt gegenüber einer Säure ein Proton auf. Gegenüber einer geeigneten Base kann es dagegen selbst ein Proton abgeben.
Ampholyt
Ein Ampholyt ist ein Teilchen, das abhängig vom Reaktionspartner sowohl als Säure als auch als Base reagieren kann.
Ammoniak zeigt Wasser als Säure:
$\ce{NH3 + H2O <=> NH4+ + OH-}$
- $\ce{NH3}$ nimmt ein Proton auf und ist die Base.
- $\ce{H2O}$ gibt ein Proton ab und ist die Säure.
Bei der Reaktion mit $\ce{HCl}$ war Wasser dagegen die Base. Wasser ist deshalb ein Ampholyt.
Auch $\ce{HSO4-}$ kann beide Rollen übernehmen: Es kann ein Proton aufnehmen und zu $\ce{H2SO4}$ werden oder ein Proton abgeben und zu $\ce{SO4^2-}$ werden.
Autoprotolyse des Wassers
Sogar zwei Wassermoleküle können untereinander ein Proton übertragen:
$\ce{2 H2O <=> H3O+ + OH-}$
Ein Wassermolekül wirkt als Säure, das andere als Base. Das Gleichgewicht liegt sehr stark auf der Seite des Wassers. Bei $25\,^{\circ}\mathrm{C}$ gilt für das Ionenprodukt:
$$K_\mathrm{W}=c(\ce{H3O+})\cdot c(\ce{OH-})=10^{-14}\ \mathrm{mol^2\,l^{-2}}$$
Die wenigen gebildeten Ionen erklären die geringe elektrische Leitfähigkeit chemisch reinen Wassers.
Neutral bedeutet $c(\ce{H3O+})=c(\ce{OH-})$. Der zugehörige pH-Wert hängt von der Temperatur ab und beträgt nicht bei jeder Temperatur genau 7.
Findet Protolyse immer in Wasser statt?
Nein. Das Brønsted-Konzept verlangt einen Protonendonator und einen Protonenakzeptor, aber kein Wasser.
Gasförmiges Hydrogenchlorid und gasförmiges Ammoniak reagieren miteinander. Dabei wird ein Proton von $\ce{HCl}$ auf $\ce{NH3}$ übertragen:
$\ce{HCl + NH3 -> NH4+ + Cl-}$
Die Ionen bilden festes Ammoniumchlorid. Dabei erscheint weißer Rauch, dessen feste Bestandteile sich absetzen.
- $\ce{HCl}$ ist die Säure.
- $\ce{NH3}$ ist die Base.
- Wasser ist an der Protonenübertragung nicht beteiligt.
Dieser Versuch gehört wegen flüchtiger und reizender Chemikalien ausschließlich in eine fachgerecht gesicherte Versuchsumgebung. Die Teilchenebene lässt sich auch ohne eigene Durchführung aus der Reaktionsgleichung untersuchen.
Protolyse kann außerdem in anderen hinreichend polaren Lösungsmitteln stattfinden. Flüssiges Ammoniak kann beispielsweise durch Autoprotolyse Ammonium- und Amid-Ionen bilden.
Vertiefung: Auf welcher Seite liegt das Gleichgewicht?
Viele Protolysegleichungen beschreiben ein Gleichgewicht. Für eine Abschätzung vergleichst du die Säuren auf beiden Seiten.
Der pKs-Wert dient als Maß für die Säurestärke: Ein kleinerer pKs-Wert kennzeichnet die stärkere Säure. Das Gleichgewicht wird von der stärkeren Säure zur schwächeren Säure begünstigt.
Essigsäure reagiert mit Ammoniak:
$\ce{CH3COOH + NH3 <=> CH3COO- + NH4+}$
Gegeben sind:
- $pK_\mathrm{s}(\ce{CH3COOH})=4{,}76$
- $pK_\mathrm{s}(\ce{NH4+})=9{,}24$
Essigsäure besitzt den kleineren pKs-Wert und ist damit die stärkere der beiden Säuren. $\ce{NH4+}$ ist die schwächere Säure. Das Gleichgewicht liegt daher überwiegend auf der rechten Seite.
Vergleiche die Säure links mit der Säure rechts: Das Gleichgewicht wird zur Seite der Säure mit dem größeren pKs-Wert begünstigt.
Karteikasten
Überlege zuerst selbst und drehe die Karte anschließend zum Prüfen um.
Alles auf einen Blick
- Protolyse
- Grundprinzip
- Protonenübertragung
- Säure gibt ab
- Base nimmt auf
- Teilchenbeziehungen
- korrespondierende Paare
- Unterschied von einem Proton
- Ampholyte mit zwei möglichen Rollen
- Reaktionsräume
- in Wasser
- ohne Wasser
- Autoprotolyse
- Untersuchung
- Rollen zuordnen
- Gleichung und Ladung prüfen
- Gleichgewicht über pKs vergleichen
- Grundprinzip
Abschluss-Check
Wenn du in einer Reaktion das übertragene Proton verfolgen kannst, lassen sich die Rollen, die korrespondierenden Paare und die Produkte systematisch bestimmen.