Ist eine polare Bindung notwendig für eine Säure? - Analyse einer verbreiteten Erklärung.

Autor/in	Fleischer, Holger
Titel	Ist eine polare Bindung notwendig für eine Säure? - Analyse einer verbreiteten Erklärung. Paralleltitel: Is a polar bond a prerequisite for an acid? Analysis of a widely accepted explanation.
Quelle	In: Chemie konkret, 29 (2022) 1, S. 13-19Infoseite zur Zeitschrift PDF als Volltext Link als defekt meldenVerfügbarkeit
Sprache	deutsch
Dokumenttyp	online; gedruckt; Zeitschriftenaufsatz
ISSN	0944-5846; 1521-3730
DOI	10.1002/ckon.202000030
Schlagwörter	Chemische Bindung; Polarität; Säure
Abstract	Die Erklärung der Acidität eines Moleküls HA durch die Polarität einer Element-Wasserstoff-Bindung ("Polaritätskonzept") ist nicht tragfähig. Die Analyse der Protolyse verschiedener Säuren HA mit der Base H2O in einem thermodynamischen Kreisprozess zeigt drei wesentliche Beiträge, die für Aciditätsunterschiede verantwortlich sind: Die freie Standardbindungsenthalpie, DeltaBG0(H-A), die freie Standardhydratationsenthalpie der korrespondierenden Base A-, DeltahydG(A-), und die Ionisierungsenergie von A-, IE(A-). In vielen Fällen steigt der Betrag von DeltaBG0(H-A), d.h. die Bindungsstärke der Element-Wasserstoff-Bindung, mit deren Polarität. Das steht dem Polaritätskonzept entgegen. Je größer hingegen IE(A-), desto stabiler ist A- und umso acider ist HA. Es wird die Hypothese aufgestellt, dass IE(A-) mit der Möglichkeit zur Delokalisierung der negativen Ladung zunimmt. Eine Analyse der Orbitale von CH3-, NH2-, OH- und F- zeigt, dass die Delokalisierung der Valenzelektronen und damit auch der negativen Ladung in dieser Reihe zunimmt. Dieser Effekt, und nicht die Polarität der H-A-Bindung, bedingt den Anstieg der Acidität in der Reihe CH4-NH3-H2O-HF. Die Delokalisierung der negativen Ladung lässt sich mit dem Kugelwolkenmodell im Chemieunterricht der Sekundarstufe 1 anschaulich darstellen. Daher wird ein "Delokalisierungskonzept" statt des "Polaritätskonzepts" zur Vorhersage und zur Erklärung unterschiedlicher Aciditäten vorgeschlagen. The explanation of the acidity of a molecule HA via the polarity of an element-hydrogen-bond ("concept of polarity") does not hold a critical view. An analysis of the reaction of various acids HA with the base H2O in a thermodynamic cycle revealed three terms to be essential for differences in the acidity: The standard free bonding enthalpy, DeltaBG0(H-A), the standard free enthalpy of hydratisation of the corresponding base A-, DeltahydG0(A-), and the energy of ionisation of A-, IE(A-). In many cases, the stronger bond corresponds to a more polar bond, but hence to a weaker acid, thus contradicting the concept of polarity. On the other side, the bigger IE(A-) is, the more stable is A- and thus the more acidic is HA. The hypothesis is proposed, that an increase in IE(A-) is based on an extended delocalization of the electrons and the negative charge in A-. An analysis of the orbitals of CH3-, NH2-, OH- and F- shows, that delocalisation of the valence electrons and hence that of the negative charge increases in this series. It is this effect, instead of the polarity of the H-A bond, that causes the acidity to increase in the series CH4-NH3-H2O-HF. Delocalisation of the negative charge can be demonstrated to secondary school students using the Kimball free cloud model. Thus, a "concept of delocalisation" is proposed to replace the "concept of polarity" in order to explain different acidities.
Erfasst von	IPN - Leibniz-Institut für die Pädagogik der Naturwissenschaften und Mathematik an der Universität Kiel
Update	2022/2