Kationensäure

Paul_6a77cf · 12. November 2019 um 14:18

hallo!

Ich habe diesen Satz gelesen:
„Hydratisierte Ionen, vor allem Kationen mit einem Metallion höherer Ladung wie [Fe(H2O)6]3+ oder [Al(H2O)6]3+, können in Wasser als Protonen-Donatoren wirken. (Kationsäuren)“

Im Wasser ohne Fremdionen liegt das Ionengleichgewicht durch die Autoprotolyse des Wassers vor. Nun werden Fe³⁺-Ionen zugegeben, um die sich sechs Wassermoleküle als Hydrathülle bilden. Wieso sollten diese Wassermoleküle der Hydrathülle nun zusätzliche Protonen abspalten?
also: Wieso ist [Fe(H₂O)₆]³⁺ ein größerer Protonendonator als sechs H₂O?

Gruß
Paul

Peter_57 · 12. November 2019 um 14:18

Hallo!

also: Wieso ist [Fe(H₂O)₆]³⁺ ein größerer Protonendonator als
sechs H₂O?

Koordiniertes Wasser ist eine stärkere Säure als nicht koordiniertes Wasser. Eine ganz einfache Erklärung ist, dass durch die Wirkung der positiven Ladung des Zentralions (in diesem Fall des Fe(3+)) die Bindungsstärke der O-H- Bindung im koordinierten Wasser gelockert wird und es daher wahrscheinlicher ist, dass ein koordiniertes Wassermolekül ein Proton abspaltet. Weniger einfache Erklärungen liefern die Kristallfeld- und die Ligandenfeldtheorie.

Gruß

Peter

Paul_6a77cf · 12. November 2019 um 14:18

H3O+ als Kationensäure?
danke für deine tolle Antwort!

Mir stellte sich dann die folgende Frage:
Im Autorotolysegleichgewicht des Wassers müsste dann doch ein Protonenüberschuss herrschen. H₃O⁺ wird ja auch koordiniert zu [H₃O⁺(H₂O)₃] und der „Komplex“ müsste dann ja wieder Protonen auf Grund des Kationsäureneffektes abspalten. OH^--Ionen entstehen bei diesem Prozess nicht, sodass es einen H⁺-Überschuss im Wasser geben sollte.

Entstehen durch einen anderen Prozess gleich viele OH^--Ionen oder liegt tatsächlich ein H⁺-Überschuss vor?

Gruß
Paul

Zoelomat_6946dc · 12. November 2019 um 14:19

Hallo Paul,

danke für deine tolle Antwort!

besser hätt ich’ auch nicht erklären können.

Auf das weitere will ich mal von hinten anfangen, bzw. mit dem gesunden Menschenverstand:

… sodass es einen H⁺-Überschuss im Wasser geben sollte.

Dass auf einmal positive Ladungen ohne negative Gegenstücke entstehen, dass wär ein Fall für die Extemisten der Physik.

Du musst lernen, in vernünftigen Bahnen zu lenken. Es gibt ein Gleichgewicht zwischen H⁺ und OH^- auf der einen und Wasser auf der anderen Seite. Alles andere sind Hirngespinste.

Mir stellte sich dann die folgende Frage:
Im Autorotolysegleichgewicht des Wassers müsste dann doch ein
Protonenüberschuss herrschen. H₃O⁺ wird ja auch koordiniert zu
[H₃O⁺(H₂O)₃] und der „Komplex“ müsste dann ja wieder Protonen
auf Grund des Kationsäureneffektes abspalten.

Erst mal kein schlechter Ansatz, aber dann wäre das ursprüngliche H⁺ Wasser, weil das umhüllende Wasser zum OH^- würde, und das sozusagen augenblicklich.

OH^--Ionen entstehen bei diesem Prozess nicht, sodass es einen H⁺-Überschuss im Wasser geben sollte.

Dass das so weder ist noch geht, habe ich versucht zu erklären.

Entstehen durch einen anderen Prozess gleich viele H^--Ionen

Wenn du auf deiner Schiene weiterfährst, ist auch jedes OH^- von Wasser umhüllt, was aufgrund seiner negativen Ladung die Basizität der Umhüllung erhöht. Also dasselbe in grün.

oder liegt tatsächlich ein H⁺-Überschuss vor?

Nein. Schau dir mal Börsenberichte an, da ist vieles „eingepreist“. Und bei der beobachteten Konzentration von H⁺ und OH^- handelt sich um Messergebnisse, wo alle „komischen“ Effekte bereits enthalten sind.

Wenn du aber Aluminiumchlorid trocknest, entweicht Salzsäure. Viele Metalle bilden sog. basische Chloride, ein Kompromiss. Das ist was echt Saures, kein Theoriegeplänkel.

Gruß, Zoelomat

Paul_6a77cf · 12. November 2019 um 14:20

H3O+ als Kationensäure = Quatsch

Dass auf einmal positive Ladungen ohne negative Gegenstücke
entstehen, dass wär ein Fall für die Extemisten der Physik.

Du musst lernen, in vernünftigen Bahnen zu lenken. Es gibt ein
Gleichgewicht zwischen H⁺ und OH^- auf der einen und Wasser auf
der anderen Seite. Alles andere sind Hirngespinste.

Natürlich bleibt die Lösung neutral. Doch waren in meinen Überlegungen die OH^--Ionen weiterhin an das H₃O⁺ koordiniert und wären so nicht frei verfügbar gewesen. Daraus hatte ich in der Menge der frei verfügbaren Ionen einen H⁺-Überschuss abgeleitet.

Erst mal kein schlechter Ansatz, aber dann wäre das
ursprüngliche H⁺ Wasser, weil das umhüllende Wasser zum OH^-
würde, und das sozusagen augenblicklich.

ha! Diesen Punkt habe ich nicht bedacht! Dadurch „funktioniert“ das Ganze dann nicht mehr.

Wenn du auf deiner Schiene weiterfährst, ist auch jedes OH^-
von Wasser umhüllt, was aufgrund seiner negativen Ladung die
Basizität der Umhüllung erhöht. Also dasselbe in grün.

Darüber hatte ich auch nachgedacht, doch konnte ich bei der Koordinierung von OH^- keine äquivalente Schwächung der O-H-Bindung ableiten. Vielleicht würde sie sogar stabilisiert, da sich die koordinierten Wasseroleküle ja mit der Wasserstoffseite an das OH^- anlagern würden und die Ladung des Zentralteilchens (H₃O⁺ als Kation) der partiellen Verschiebung der Elektronen der O-H-Bindung zum Sauerstoff entgegen wirken würde.

Gruß
Paul

Peter_57 · 12. November 2019 um 14:20

…danke für deine tolle Antwort!

Mir stellte sich dann die folgende Frage:
Im Autorotolysegleichgewicht des Wassers müsste dann doch ein
Protonenüberschuss herrschen. H₃O⁺ wird ja auch koordiniert zu
[H₃O⁺(H₂O)₃] und der „Komplex“ müsste dann ja wieder Protonen
auf Grund des Kationsäureneffektes abspalten. OH^--Ionen
entstehen bei diesem Prozess nicht, sodass es einen H^{±Überschuss im Wasser geben sollte.

Entstehen durch einen anderen Prozess gleich viele OH^--Ionen
oder liegt tatsächlich ein H⁺-Überschuss vor?

Gruß
Paul}

Weil das koordinierte Wasser des Hexaquo- Eisen(III)- Komplexes (das Edukt) das „normale Wasser“ protoniert fehlen Protonen am Komplex. Also wandelt sich der Hexaquo- Eisen(III)- Komplex in einen Pentaquo- Hydroxo- Eisen(III)- Komplex um (Produkt). Dieser hat formal eine positive Ladung weniger, entsprechend dem formalen Hydroxid- Ion, welches jetzt koordinativ am Eisen(III) sitzt. Und dabei bleibt es nicht, es bilden sich immer höhere Hydroxo- Koordinationen aus. Natürlich handelt es sich bei diesen Vorgängen um pH- abhängige Gleichgewichtsreaktionen. In dem Maße, wie du die mit dem „normalen Wasser“ gebildeten Oxonium- Ionen entfernst, erzeugst du immer höher Hydroxo- koordinierte Eisen(III)- Komplexe, bis schließlich Eisen(III)- Hydroxid ausfällt. Vor einiger Zeit hattest du eine Frage zur Urotropin- Fällung von Eisen(III) gestellt. Genau das läuft bei dieser Fällung ab. Oxonium- Ionen werden durch Bildung von Ammonium- Ionen dem Komplex- Gleichgewicht entzogen. Übrigens: Die gleiche Eisenfällung kann man auch durch Zugabe von Acetat- Ionen erreichen. Dort werden Oxonium- Ionen durch die Bildung von Essigsäure aus dem Gleichgewicht entfernt.

Gruß

Peter