Protolyse

Die Protolyse ist eine Chemische Reaktionsart und meint den Zerfall oder Abbau einer chemischen Verbindung unter Übertragung von Protonen. Die Protolyse ist der entscheidende Vorgang nach der Brönstedtschen Säure-Basen-Theorie. Danach zerfällt eine Säure in ein Proton (H⁺-Ion) und einen Säurerest. Die Säure wirkt als Protonenspender (Protonendonator), das Lösungsmittel (meist Wasser) nimmt die Protonen auf und wird daher als Protonenakzeptor bezeichnet. Den Zerfall der Säure bezeichnet man auch als Dissoziation.

Beispiel 1: Protolyse von Chlorwasserstoff bzw. "Salzsäuregas" (einprotonige Säure) in Wasser:

HCl + H₂O <=> H₃O⁺ + Cl^-

Beispiel 2: Vollständige Protolyse von Schwefelsäure (zweiprotonige Säure):

H₂SO₄ + 2 H₂O <=> 2 H₃O⁺ + SO₄^2-

Als Protonenakzeptor können neben Wasser auch andere hinreichend polare Lösungsmittel dienen, zum Beispiel Methanol oder Ethanol.

Auch reines Wasser unterliegt einer Protolyse, bei der Oxonium-Ionen und Hydroxid-Ionen entstehen. Da hierfür kein anderer Stoff nötig ist, spricht man auch von der Autoprotolyse des Wassers:

2 H₂O <=> H₃O⁺ + OH^-

Wasser reagiert sowohl als Säure als auch als Base. Das Ionenprodukt für diese Reaktion beträgt bei 298 K (25°C) 10^-14 mol² l^-2. Das Gleichgewicht liegt also sehr stark auf der linken Seite der Reaktion.

Die Autoprotolyse des Wassers ist der Grund dafür, dass auch chemisch reines Wasser eine geringe elektrische Leitfähigkeit besitzt.

Die Autoprotolyse ist deutlich abhängig von der Temperatur. So beträgt die Gleichgewichtskonstante (in mol² l^-2):

• bei 0°C 0,11 * 10^-14, also rund 10^-15
• bei 60°C 9,61 * 10^-14, also rund 10^-13

Dementsprechend ist auch der pH-Wert von Wasser temperaturabhängig. Er ergibt sich aus dem Logarithmus der Oxonium-Ionen-Konzentration. Da diese Konzentration gleich der Konzentration der Hydroxid-Ionen ist, kann man einfach die Wurzel aus der Gleichgewichtskonstante ziehen bzw. den Logarithmus der Gleichgewichtskonstante halbieren. Damit ergibt sich für

• reines Wasser bei 0°C ein pH von 7,5
• reines Wasser bei 25°C ein pH von 7,0
• reines Wasser bei 60°C ein pH von 6,5