Säuren als Protonendonatoren

Das Proton wechselt

Leitet man Chlorwasserstoff in Wasser, reagieren die Moleküle miteinander: Ein Teilchen springt vom HCl-Molekül zum Wassermolekül.

Proton:\(\mathrm{H^+}\) — ein Wasserstoff-Atom ohne sein Elektron, also nur der Atomkern.
Polare Bindung:Im HCl-Molekül ist H positiv polarisiert (\(\delta^+\)), denn \(\Delta EN = 3{,}16-2{,}20=0{,}96\).
Wasser bindet:Ein freies Elektronenpaar des O-Atoms zieht das Proton an und bindet es.
Elektronen bleiben:Das bindende Elektronenpaar bleibt beim Cl — es wird zum Chlorid-Ion \(\mathrm{Cl^-}\).
Säure:Teilchen, das ein Proton abgibt = Protonendonator (nach Brønsted).

Ziehe das Proton (orange umrandet) vom Chlor-Atom zum Sauerstoff-Atom des Wassermoleküls — oder klicke ▶. Beobachte, wo das Elektronenpaar der H–Cl-Bindung bleibt und welche Ladungen entstehen.

Halte fest: Das HCl-Molekül gibt nur den Atomkern H⁺ ab; das Elektronenpaar bleibt beim Chlor — so entstehen das Oxonium-Ion H₃O⁺ und das Chlorid-Ion Cl⁻.

Merke

Säuren sind Protonendonatoren: \(\mathrm{HA + H_2O \longrightarrow H_3O^+ + A^-}\)

Proton: \(\mathrm{H^+}\) ist ein Wasserstoff-Atom ohne Elektron, also nur der Atomkern.

Säure: Teilchen, das ein Proton abgibt (nach Brønsted). Das bindende Elektronenpaar bleibt beim Partneratom, bei HCl entsteht \(\mathrm{Cl^-}\); das Wasser bindet das Proton und wird zu \(\mathrm{H_3O^+}\).

Saure Lösungen und ihre Ionen

Jede Säure bildet mit Wasser Oxonium-Ionen — sie sind der gemeinsame Bestandteil aller sauren Lösungen.

Die beiden Ionen der Salzsäure als Lewis-Formeln

Das O-Atom hat nach der Reaktion drei Bindungen und ein freies Elektronenpaar, das Cl-Atom vier freie Elektronenpaare — beide erfüllen die Edelgasregel.

Oxonium-Ion:\(\mathrm{H_3O^+}\) — steckt in jeder sauren Lösung und macht sie sauer.
Säurerest-Ion:das Anion, das übrig bleibt: \(\mathrm{HNO_3 \longrightarrow NO_3^-}\), \(\mathrm{HCl \longrightarrow Cl^-}\).
Nachweis:Universalindikator färbt sich rot, die Lösung leitet den elektrischen Strom (frei bewegliche Ionen).
Mehrere Protonen:Schwefelsäure \(\mathrm{H_2SO_4}\) gibt zwei Protonen ab — nacheinander, in zwei Stufen.

Schwefelsäure in zwei Stufen:

\(\mathrm{H_2SO_4 + H_2O \longrightarrow H_3O^+ + HSO_4^-}\)

1. Stufe

Das Hydrogensulfat-Ion trägt noch ein abgebbares Proton.

\(\mathrm{HSO_4^- + H_2O \longrightarrow H_3O^+ + SO_4^{2-}}\)

2. Stufe

Jetzt gibt ein Anion das Proton ab — auch Ionen können Säuren sein.

\(\mathrm{H_2SO_4 + 2\,H_2O \longrightarrow 2\,H_3O^+ + SO_4^{2-}}\)

Gesamt

Beide Stufen addiert: Das Sulfat-Ion ist zweifach negativ, weil zwei Protonen fehlen.

Merke

Oxonium-Ion: \(\mathrm{H_3O^+}\) steckt in jeder sauren Lösung und macht sie sauer.

Säurerest-Ion: Das übrig bleibende Anion, z. B. \(\mathrm{Cl^-}\) aus \(\mathrm{HCl}\).

Nachweis: Universalindikator färbt sich rot, die Lösung leitet den Strom (frei bewegliche Ionen).

Mehrprotonige Säuren: \(\mathrm{H_2SO_4}\) gibt zwei Protonen nacheinander ab.

Allgemeine Hinweise

Proton, kein H-Atom

Die Säure gibt nur den Kern \(\mathrm{H^+}\) ab, das Elektron bleibt zurück. Freie Protonen gibt es in Wasser nicht: Sie sitzen sofort an einem Wassermolekül als \(\mathrm{H_3O^+}\).

Chlorwasserstoff oder Salzsäure?

\(\mathrm{HCl}\) ist ein Gas aus Molekülen. Salzsäure ist die wässrige Lösung — sie enthält keine HCl-Moleküle mehr, sondern \(\mathrm{H_3O^+}\) und \(\mathrm{Cl^-}\).

Ladungen bilanzieren

Links stehen neutrale Moleküle, rechts ein Kation und ein Anion: \(0 = (+1) + (-1)\). Geht die Summe der Ladungen nicht auf, stimmt die Gleichung nicht.