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Hydratisierte Metallionen als Säuren 08:09 min

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Transkript Hydratisierte Metallionen als Säuren

Hallo, herzlich willkommen zu deiner Chemiestunde.

Du hast sicher schon einmal Salz in Wasser gelöst. Versetzen wir diese Lösung mit Unitest, sehen wir, dass sie neutral ist. Wenn wir nun aber Eisennitrat in Wasser lösen, zeigt sich ein anderer pH-Wert. Diese Lösung ist sauer. Warum reagiert denn Eisennitrat sauer wenn man es in Wasser löst? Dies werde ich dir nun in diesem Video erklären. Um den Effekt zu verstehen, klären wir zuerst was eine Säure ist. Dafür benutzen wir die Säuredefinition nach Brönsted. Dann werde ich auf das Eisen(III)-Salz in Lösung eingehen. Anschließend zeige ich dir einige Beispiele für Kationensäuren und am Schluss fasse ich die wichtigsten Punkte kurz zusammen.

Was ist denn nun eigentlich eine Säure? Brönsted fand heraus das die saure Wirkung eines Stoffes erst durch die Reaktion mit Wasser zustande kommt. Säuren fungieren dabei als Protonendonator. Sie geben also positive Wasserstoffionen ab. Dahingegen sind Basen Protonenakzeptoren. Sie nehmen positive Wasserstoffionen auf. Eine allgemeine Reaktiongleichung für die Protolyse einer Säure sieht folgendermaßen aus. HA+H2O reagiert zu A- und H3O+. HA ist hier die Säure, H2O natürlich Wasser. A- ist das Säurerestion und H3O+ ist als Hydronium- oder auch Oxoniumion bekannt. Als Beispiel habe ich Salzsäure gewählt. Sie besitzt die Summenformel HCl. Sie reagiert mit Wasser zu einem Chloridion und einem Oxoniumion. Gut, wir wissen nun also was eine Säure ausmacht. Aber warum reagieren denn Fe3+-Ionen in Lösung sauer? Wenn ein Eisen(III)Salz gelöst wird, wird das Fe3+ Ion von 6 Wassermolekülen umgeben. Es bildet sich der Hexaqua-Eisen(III)-Komplex. Die Wasser-Liganden sind in einem Oktaeder um das Fe3+ Ion angeordnet. Da dieses eine hohe Ladung besitzt, polarisiert es die Wassermoleküle noch stärker. Das heißt durch diese hohe positive Ladung werden die Bindungselektronen der O-H Bindungen noch weiter zum Sauerstoff verschoben. Dadurch ist diese Bindung geschwächt und die Abspaltung eines Wasserstoff-Ions wird erleichert. Der Hexaqua-Eisen(III)-Komplex kann nun mit Wasser reagieren. Es wird ein H+ abgespalten. Es entsteht ein Oxoniumion und ein Pentaaquahydroxido-Eisen(III)-Komplex. Somit ist die Lösung sauer. Durch die negative Ladung des Hydroxid-Liganden verringert sich außerdem die Ladung des Komplex von 3+ auch 2+.

Dieser neu entstandene Komplex kann noch weitere H+ abspalten. Dadurch steigt die Zahl der Hydroxido-Liganden im Komplex. Da diese negativ geladen sind, fällt die Ladung des ganzen Komplexes um 1 für jeden Hydroxido-Ligand. Daher hat zum Beispiel der Triaqua-trihydroxido-Eisen(III)-Komplex keine Ladung mehr. Das Eisen(III)-Ion ist dreifach positiv geladen. Es sind im Komplex 3 Hydroxido-Liganden enthalten, also bringen diese 3 negative Ladungen mit ein. Somit ist der Komplex elektrisch neutral. Der Hexahydroxido-Eisen(III)-Komplex ist dreifach negativ geladen, da die Liganden hier 6 negative Ladungen besitzen und das Zentralion 3 positive Ladung hat. Bitte auch noch zeigen, wie der Pentaaquahydroxido-Komplex weiter reagiert. Es ist ja nicht bei der Abgabe von einem Proton schluss, es kann ja theoretisch jeder Wasserligand ein Proton abgeben, also 6 Protolysestufen… also schon ein paar davon zeigen und auch erklären, wie sich die Ladung am Komplex verändert

Der Hexaqua-Eisen(III)-Komplex ist also eine Säure. Gleichzeitig ist es auch ein Kation. Daher spricht man hier von einer Kationensäure. Ich werde dir nun noch ein paar weitere Beispiele für Kationensäuren zeigen. Als erstes das Ammonium-Ion NH4+. Es kann mit Wasser reagieren. Es bildet sich Ammoniak, der stark in der Nase sticht, und ein Oxoniumion. Das Oxoniumion selbst ist ebenfalls eine Kationensäure. Bei einer Neutralisation reagiert es mit einem Hydroxidion und es bilden sich 2 Moleküle Wasser. Es gibt aber auch noch andere Beispiele für Auquakomplexe, die sauer reagieren. Ein Beispiel: das Al3+ Ion bildet auch einen Komplex mit 6 Wasser-Liganden. Es reagiert ebenfalls sauer, analog zum Hexaqua-Eisen(III)-Komplex. (Reaktionsgleichung danach aufschreiben) Du weißt nun also warum manche Salze sauer reagieren wenn sie gelöst werden und kennst einige Vertreter der Kationensäuren. Ich werde das Video nun kurz zusammenfassen.

Säuren nach Brönsted sind Protonendonatoren. Die allgemeine Reaktion für die Protolyse einer Säure lautet. Säure + Wasser reagiert zu Säurerestion und Oxoniumion. Einige gelöste Ionen bilden Aquakomplexe. 3-fach positiv geladene Ionen polarisieren Wasser sehr stark. Dadurch wird die Abspaltung eines Wasserstoffions erleichtert und der Komplex reagiert sauer. Beispiele für Kationensäuren sind der Hexaqua-Aluminium(III)-Komplex, Ammoniumionen, Oxoniumionen und der Hexaqua-Eisen(III)-Komplex. Vielen Dank für deine Aufmerksamkeit. Ich hoffe ich konnte dich beim Lernen etwas voranbringen. Bis zum nächsten mal, dein Mathias.