Strukturmerkmale von Säure-/Base-Teilchen?
Hallo, was sind die Strukturmerkmale von Säure- und Base-Teilchen? :) LG und vielen Dank im voraus!
1 Antwort
Damit eine Substanz eine Brönstedt-Säure (ein Protonendonor) ist, muss sie Wasserstoff in einer stark polarisierten Bindung enthalten. Das ist zum Beispiel bei den Halogenwasserstoffsäuren (HF, HCl, HBr, HI) der Fall. Die Bindungen werden auch stärker polarisiert, wenn an einem Zentralatom die positive (Teil)ladung erhöht wird. So ist H2SO3 eien schwache Säure, H2SO4 mit einem Sauerstoffatom mehr, das Ladungen vom zentralen Schwefel abzieht, eine starke Säure. Durch diese Erhöhung der Säurestärke durch Sauerstoff erhielt der Sauerstoff übrigens seinen Namen. Man hatte beobachtet, dass die Oxide der Nichtmetalle (und selbst einiger Metalle in hohen Oxidationszahlen) gelöst in Wasser immer sauren Charakter hatten und nahm an, dass der Sauerstoff für den sauren Charakter unverzichtbar ist.
Ausserdem hilft es, wenn das entstehende Anion "mesomeriestabilisiert" ist, die negative Ladung also über mehrere Atome verteilt werden kann. So ist selbst Trinitromethan, bei dem der Wasserstoff formell an das zentrale Kohlenstoffatom gebunden und damit gering polarisioert ist, eine starke Säure.
Für weiter fortgeschrittene Aspekte der Säurestärke muss man auch Faktoren wie die Überlappung der Orbitale des Wasserstoffs und des Säurerestes mit berücksichtigen. (Das erklärt z.B. die Abfolge der Säurestärke der Halogenwasserstoffe).
Wenn man die Definition nach Lewis zu Grunde legt, so sind Säuren Substanzen mit Charakter von Elektronenpaarakzeptoren. Das schliesst ausser den Protonen, die sich ja z.B. im H3O+ an ein freis Elektronenpaar des Sauerstoffs binden, viele weitere Verbindungen ein, an denen Elektronenmangel herrscht. So ist z.B. AlCl3 eine Lewissäure, obwohl kein Proton enthalten ist. AlCl3 bildet aber mit Substanzen mit freien Elektronenpaaren wie Cl- Verbindungen vom Typ [AlCl4]-. Durch geschickte Kombination von Lewissäuren und Protonensäuren, erhält man die "Supersäuren", für deren Entdeckung Olah den Nobelpreis erhielt. Diese können sogar Alkane protonieren, wobei sich die Protonen in das Elektronenpaar einer C-H-Bindung "einnistet".
Bei Basen ist genau das Gegenteil der Fall, wie bei den Säuren. Den "alten" Definitionen nach handelt es sich um Substanzen, die die OH- - Konzentration erhöhen. Das sind vor allem Metalloxyde von Metallen mit niedrigen Oxidationszahlen, (alte Regel: Oxide und Hydroxide von Metallen in Wasser ergeben Laugen) aber auch Ammoniak und Amine, bei denen das freie Elektronenpaar am Stickstoff ein Proton aus dem Wasser aufnehmen kann und so die OH--Konzentration erhöht:
NR3 + H2O <=> NH4+ + OH- ; (R = organischer Rest oder Wasserstoff gebunden an das Stickstoffatom).
Der Definition nach Lewis nach sind Basen Elektronenpaardonoren. Damit sind alle Substanzen, die (freie) Elektronenpaare besitzen, potenzielle Basen.