Eigenschaften von gelösten StoffenBearbeiten

Unter sonst gleichen Bedingungen sind Verbindungen, die gerne Hydronen abgeben (Brønsted-Säuren, siehe unten), im Allgemeinen polare, hydrophile gelöste Stoffe und oft in Lösungsmitteln mit hoher relativer statischer Permittivität (Dielektrizitätskonstante) löslich. Beispiele hierfür sind organische Säuren wie Essigsäure (CH3COOH) oder Methansulfonsäure (CH3SO3H). Große unpolare Teile des Moleküls können diese Eigenschaften jedoch abschwächen. So ist die Octansäure (C7H15COOH) aufgrund ihrer Alkylkette im Vergleich zur Essigsäure deutlich weniger hydrophil.

Das nicht gelöste Hydron (ein völlig freier oder „nackter“ Wasserstoffatomkern) existiert nicht in der kondensierten (flüssigen oder festen) Phase. Auch wenn manchmal behauptet wird, dass Supersäuren ihre außergewöhnliche Fähigkeit zur Abgabe von Hydronen dem Vorhandensein „freier Hydronen“ verdanken, ist eine solche Aussage höchst irreführend: Selbst bei einer Quelle „freier Hydronen“ wie H
2F+
, einem der supersauren Kationen in der Supersäure Fluorantimonsäure (HF:SbF5), ist die Abspaltung eines freien H+
immer noch mit einem enormen energetischen Nachteil in der Größenordnung von mehreren hundert kcal/mol verbunden. Dies schließt die Möglichkeit aus, dass das freie Hydron in der Lösung vorhanden ist, selbst wenn es nur ein flüchtiges Zwischenprodukt ist. Aus diesem Grund geht man davon aus, dass Hydronen in flüssigen starken Säuren durch sequenzielle Übertragung von einem Molekül zum nächsten entlang eines Netzwerks von Wasserstoffbrückenbindungen diffundieren, was als Grotthuss-Mechanismus bekannt ist.

SäureBearbeiten

Das Hydronion kann durch Adduktion ein Elektronenpaar von einer Lewis-Base in das Molekül aufnehmen:

+
+ :L → +

Durch diese Aufnahme der Lewis-Base (L) hat das Hydronion Lewis-sauren Charakter. Im Sinne der Hard/Soft Acid Base (HSAB) Theorie ist das nackte Hydron eine unendlich harte Lewis-Säure.

Das Hydron spielt eine zentrale Rolle in der Brønsted-Lowry-Säure-Base-Theorie: Eine Spezies, die sich in einer Reaktion als Hydronendonator verhält, wird als Brønsted-Säure bezeichnet, während die Spezies, die das Hydron aufnimmt, als Brønsted-Base bezeichnet wird. In der unten dargestellten allgemeinen Säure-Base-Reaktion ist HA die Säure, während B (mit einem einsamen Paar) die Base ist:

HA + :B → +
+ :A-

Die hydratisierte Form des Wasserstoffkations, das Hydronium (Hydroxonium)-Ion H
3O+
(aq), ist ein Schlüsselobjekt der Arrhenius’schen Definition von Säure. Andere hydratisierte Formen, das Zundel-Kation H
5O+
2, das aus einem Proton und zwei Wassermolekülen gebildet wird, und das Eigen-Kation H
9O+
4, das aus einem Hydronium-Ion und drei Wassermolekülen gebildet wird, sollen nach dem Grotthuss-Mechanismus eine wichtige Rolle bei der Diffusion von Protonen durch eine wässrige Lösung spielen. Obwohl das Ion H
3O+
(aq) in einführenden Lehrbüchern oft dargestellt wird, um zu betonen, dass das Hydron in wässriger Lösung nie als unlösliche Spezies vorliegt, ist dies etwas irreführend, da es die berüchtigt komplexe Speziation des solvatisierten Protons in Wasser zu stark vereinfacht; die Schreibweise H+
(aq) wird oft bevorzugt, da sie die wässrige Solvatation vermittelt und gleichzeitig unverbindlich in Bezug auf die Anzahl der beteiligten Wassermoleküle bleibt.