Dissoziation und Dissoziationsstufen von Säuren

Dissoziation und Dissoziationsstufen von Säuren

In der Chemie bezieht sich die Dissoziation auf das Zerfallen einer Verbindung in ihre Bestandteile, wenn sie in Wasser gelöst wird. Säuren sind eine wichtige Klasse von chemischen Verbindungen, die in Wasser dissoziieren und Protonen $\ce{(H^{+})}$ abgeben. Die Dissoziation von Säuren kann in ein-, zwei- oder mehrstufige Prozesse unterteilt werden, je nach Anzahl der Protonen, die abgegeben werden. In diesem Text werden wir die Dissoziation und Dissoziationsstufen von anorganischen Säuren anhand von Beispielen wie Kohlensäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure und Salzsäure erklären. Wir werden auch auf die Benennung der Produkte und die Rolle des Wassers eingehen sowie Salzsäure als Beispiel für eine starke Säure betrachten.

Kohlensäure

Kohlensäure $\ce{(H2CO3)}$ ist eine zweiprotonige Säure, das heißt, sie kann zwei Protonen abgeben. Die Dissoziation von Kohlensäure erfolgt in zwei Schritten:

Erster Dissoziationsschritt: $\ce{H2CO3(aq) <=> H+(aq) + HCO3−(aq)}$

Im ersten Schritt dissoziiert Kohlensäure in ein Hydroniumion $\ce{(H3O+)}$ und ein Hydrogencarbonation $\ce{(HCO3^{-})}$.

Zweiter Dissoziationsschritt: $\ce{HCO3-(aq) <=> H+(aq) + CO3^{2-}(aq)}$

Im zweiten Schritt gibt das Hydrogencarbonation ein weiteres Proton ab und bildet ein Carbonation $\ce{(CO3^{2-})}$.

Schwefelsäure

Schwefelsäure $\ce{(H2SO4)}$ ist ebenfalls eine zweiprotonige Säure. Ihre Dissoziation erfolgt ebenfalls in zwei Schritten:

Erster Dissoziationsschritt: $\ce{H2SO4(aq) <=> H+(aq) + HSO4-(aq)}$

Schwefelsäure gibt zunächst ein Proton ab und bildet ein Hydrogensulfation $\ce{(HSO4^{-})}$. Dieser Schritt ist vollständig, da Schwefelsäure eine starke Säure ist.

Zweiter Dissoziationsschritt: $\ce{HSO4-(aq) <=> H+(aq) + SO4^{2-}(aq)}$

Im zweiten Schritt gibt das Hydrogensulfation ein weiteres Proton ab und bildet ein Sulfation $\ce{(SO4^{2-})}$. Dieser Schritt ist nicht vollständig auf der Seite des Sulfations, da das Hydrogensulfation eine schwächere Säure ist.

Phosphorsäure

Phosphorsäure $\ce{(H3PO4)}$ ist eine dreiprotonige Säure und kann daher drei Protonen abgeben. Die Dissoziation erfolgt in drei Schritten:

Erster Dissoziationsschritt: $\ce{H3PO4(aq) <=> H+(aq) + H2PO4-(aq)}$

Phosphorsäure gibt zuerst ein Proton ab und bildet ein Dihydrogenphosphation $\ce{(H2PO4^{-})}$.

Zweiter Dissoziationsschritt: $\ce{H2PO4-(aq) <=> H+(aq) + HPO4^{2-}(aq)}$

Das Dihydrogenphosphation gibt ein weiteres Proton ab und bildet ein Hydrogenphosphation $\ce{(HPO4^{2-})}$.

Dritter Dissoziationsschritt: $\ce{HPO4^{2-}(aq) <=> H+(aq) + PO4^{3-}(aq)}$

Im letzten Schritt gibt das Hydrogenphosphation das dritte Proton ab und bildet ein Phosphation $\ce{(PO4^{3-})}$.

Hydroxoniumion

Wenn eine Säure in Wasser dissoziiert, interagieren die freigesetzten Protonen $\ce{(H+)}$ mit Wassermolekülen $\ce{(H2O)}$ und bilden das Hydroxoniumion $\ce{(H3O^{+})}$, auch als Oxoniumion oder Hydroniumion bekannt:

$\ce{H2O(l) + H+(aq) <=>H3O+(aq)}$

Das Hydroniumion ist für die saure Eigenschaft von Lösungen verantwortlich.

Salzsäure (HCl) als starke Säure

$\ce{HCl(aq) <=> H+(aq) + Cl−(aq)}$

In wässriger Lösung bildet das Proton mit Wasser sofort das Hydroxoniumion $\ce{(H3O^{+})}$. Das Chloridion $\ce{(Cl^{-})}$ bleibt als solvatisiertes Ion in der Lösung, was bedeutet, dass Wassermoleküle um das Chloridion eine sogenannte Hydrathülle bilden. Dies geschieht aufgrund anziehender Kräfte zwischen dem negativ geladenen Chlorid und dem partiell positiv geladenen Wasserstoffatom im Wasser (analog zu Wasserstoffbrückenbindungen).

Rolle des Wassers bei der Hydratation/Solvatation

Wasser umgibt und stabilisiert die Ionen, indem es die bereits erwähnte Hydrathülle bildet. Dies ist aufgrund der starken Anziehungskräfte zwischen Wassermolekülen und Ionen energetisch günstig und unterstützt die vollständige Dissoziation von starken Säuren wie HCl.

Salzsäure in der Gasphase

In der Gasphase existiert Chlorwasserstoff als Molekül (HCl) und zeigt keine sauren Eigenschaften, da es keine Protonen abgeben kann ohne ein Lösungsmittel wie Wasser.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Dissoziation und Dissoziationsstufen von Säuren