Amphoterismus - Amphoterism

In der Chemie ist eine amphotere Verbindung ein Molekül oder Ion, das sowohl als Säure als auch als Base reagieren kann . Was dies genau bedeuten kann, hängt davon ab, welche Definitionen von Säuren und Basen verwendet werden. Die Vorsilbe des Wortes „amphoteric“ leitet sich von einer griechischen Vorsilbe amphi ab, die „beides“ bedeutet.

Eine Art amphoterer Spezies sind amphiprotische Moleküle, die ein Proton (H + ) entweder abgeben oder aufnehmen können . Dies ist, was "amphoterisch" in der Brønsted-Lowry-Säure-Base-Theorie bedeutet . Beispiele umfassen Aminosäuren und Proteine , die Amin- und Carbonsäuregruppen aufweisen , und selbstionisierbare Verbindungen wie Wasser .

Als amphotere Oxide werden Metalloxide bezeichnet, die sowohl mit Säuren als auch mit Basen zu Salzen und Wasser reagieren. Viele Metalle (wie Zink , Zinn , Blei , Aluminium und Beryllium ) bilden amphotere Oxide oder Hydroxide. Amphoterismus hängt von den Oxidationsstufen des Oxids ab. Al 2 O 3 ist ein Beispiel für ein amphoteres Oxid. Amphotere Oxide umfassen neben vielen anderen auch Blei(II)-oxid und Zink(II)-oxid .

Ampholyte sind amphotere Moleküle, die sowohl saure als auch basische Gruppen enthalten und in einem bestimmten pH- Bereich meist als Zwitterionen vorliegen . Der pH-Wert, bei dem die durchschnittliche Ladung null ist, wird als isoelektrischer Punkt des Moleküls bezeichnet . Ampholyte werden verwendet, um einen stabilen pH-Gradienten für die isoelektrische Fokussierung herzustellen .

Etymologie

Amphoterisch leitet sich vom griechischen Wort amphoteroi ( ἀμφότεροι ) ab und bedeutet „beides“. Verwandte Wörter in der Säure-Base-Chemie sind amphichromatisch und amphichroisch , beide beschreiben Substanzen wie Säure-Base-Indikatoren, die bei Reaktion mit einer Säure eine Farbe und bei Reaktion mit einer Base eine andere Farbe ergeben.

Amphiprotische Moleküle

Nach der Brønsted-Lowry-Theorie von Säuren und Basen: Säuren sind Protonendonatoren und Basen sind Protonenakzeptoren. Ein amphiprotisches Molekül (oder Ion) kann ein Proton entweder abgeben oder annehmen und somit entweder als Säure oder Base wirken . Wasser , Aminosäuren , Hydrogenkarbonationen (oder Bikarbonationen) HCO 3 , Dihydrogenphosphationen H 2 PO 4 und Hydrogensulfationen (oder Bisulfationen) HSO 4 sind gängige Beispiele für amphiprotische Spezies. Da sie ein Proton abgeben können, enthalten alle amphiprotischen Stoffe ein Wasserstoffatom. Da sie auch wie eine Säure oder eine Base wirken können, sind sie amphoter.

Beispiele

Ein gängiges Beispiel für eine amphiprotische Substanz ist das Hydrogencarbonat-Ion, das als Base wirken kann:

HCO 3 + H 3 O + → H 2 CO 3 + H 2 O

oder als Säure:

HCO 3 + OH → CO 3 2− + H 2 O

Somit kann es effektiv ein Proton aufnehmen oder abgeben.

Wasser ist das häufigste Beispiel, das bei der Reaktion mit einer Säure wie Chlorwasserstoff als Base fungiert :

H 2 O + HCl → H 3 O + + Cl ,

und wirkt bei der Reaktion mit einer Base wie Ammoniak als Säure :

H 2 O + NH 3 → NH 4 + + OH

Einige amphiprotische Verbindungen sind auch amphiprotische Lösungsmittel, wie beispielsweise Wasser, das je nach vorhandenem gelösten Stoff entweder als Säure oder Base wirken kann.

Obwohl eine amphiprotische Spezies amphoter sein muss, trifft das Umgekehrte nicht zu. Beispielsweise enthält das Metalloxid ZnO keinen Wasserstoff und kann kein Proton abgeben. Stattdessen handelt es sich um eine Lewis-Säure, deren Zn-Atom ein Elektronenpaar von der Base OH aufnimmt . Die anderen oben erwähnten Metalloxide und -hydroxide wirken auch eher als Lewis-Säuren als als Brønsted-Säuren.

Oxide

Zinkoxid (ZnO) reagiert sowohl mit Säuren als auch mit Basen:

  • In Säure: ZnO + H 2 SO 4 → ZnSO 4 + H 2 O
  • In Base: ZnO + 2 NaOH + H 2 O → Na 2 [Zn(OH) 4 ]

Diese Reaktivität kann verwendet werden, um verschiedene Kationen , wie Zink(II), das sich in der Base löst, von Mangan(II), das sich nicht in der Base löst , zu trennen .

Bleioxid (PbO):

  • In Säure: PbO + 2 HCl → PbCl 2 + H 2 O
  • In Base: PbO + 2 NaOH + H 2 O → Na 2 [Pb(OH) 4 ]

Aluminiumoxid (Al 2 O 3 )

  • In Säure: Al 2 O 3 + 6 HCl → 2 AlCl 3 + 3 H 2 O
  • In Base: Al 2 O 3 + 2 NaOH + 3 H 2 O → 2 Na[Al(OH) 4 ] (hydratisiertes Natriumaluminat )

Zinn ( II)-oxid (SnO)

  • In Säure: SnO + 2 HCl ⇌ SnCl 2 + H 2 O
  • In Base : SnO + 4 NaOH + H 2 O ⇌ Na 4 [Sn(OH) 6 ]

Einige andere Elemente, die amphotere Oxide bilden , sind Gallium , Indium , Scandium , Titan , Zirkonium , Vanadium , Chrom , Eisen , Kobalt , Kupfer , Silber , Gold , Germanium , Antimon , Wismut , Beryllium und Tellur .

Hydroxide

Aluminiumhydroxid ist auch amphoter:

  • Als Base (eine Säure neutralisierend): Al(OH) 3 + 3 HCl → AlCl 3 + 3 H 2 O
  • Als Säure (Neutralisation einer Base): Al(OH) 3 + NaOH → Na[Al(OH) 4 ]

Berylliumhydroxid

  • mit Säure: Be(OH) 2 + 2 HCl → BeCl 2 + 2 H 2 O
  • mit Base: Be(OH) 2 + 2 NaOH → Na 2 [Be(OH) 4 ].

Siehe auch

Verweise