Wikipedia · einfach zusammengefasst · Stand
Dissoziation (Chemie)
Unter Dissoziation (von lateinisch dissociare „trennen“) versteht man in der Chemie den angeregten oder selbsttätig ablaufenden Vorgang der Teilung einer …
Inhalt5 Abschnitte
Grundbegriff und Kenngrößen
Dissoziation bezeichnet in der Chemie die angeregte oder selbsttätige Teilung einer chemischen Verbindung in zwei oder mehrere Moleküle, Atome, Radikale oder Ionen. Die Spaltung eines Moleküls oder Ions AB in ungeladene oder geladene Untereinheiten A und B heißt Moleküldissoziation. Der umgekehrte Vorgang wird Molekülassoziation genannt.
Der Dissoziationsgrad gibt das Verhältnis der dissoziierten Teilchen zur formalen Anfangskonzentration der undissoziierten Verbindung an. Als weiteres Maß dient die Dissoziationskonstante. Die Dissoziationsenergie ist die Energie, die zur Spaltung einer chemischen Bindung benötigt wird.
Gase und thermische Dissoziation
Moleküle können in der Gasphase zerfallen. Dies wurde unter anderem durch unerwartet geringe Gasdichten bei Dampfdichtemessungen erkannt. Bei Phosphorpentachlorid deuteten eine geringere Dichte und eine grünliche Färbung darauf hin, dass es in Chlor und Phosphortrichlorid zerfallen war. Beim Erhitzen von Ammoniumchlorid ließ sich anhand unterschiedlicher Gasgeschwindigkeiten und mithilfe von Lackmus nachweisen, dass es in der Gasphase in Ammoniak und Salzsäure dissoziiert.
Thermische Dissoziationen werden durch Wärme ausgelöst und verlaufen in der Regel deutlich langsamer als elektrolytische Dissoziationen. Ein typisches Beispiel ist Distickstofftetroxid: Bei −10 °C liegt es als farbloser kristalliner Stoff vor. Beim Erwärmen entsteht intensiv braunrot gefärbtes Stickstoffdioxid:
N₂O₄ ⇌ 2 NO₂
Die Reaktion ist reversibel. Beim Abkühlen rekombiniert das Stickstoffdioxid zu Distickstofftetroxid, sodass sich die Probe wieder entfärbt. Besonders Makromoleküle können bereits bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen dissoziieren.
Beim Erhitzen von Peroxiden oder Azoverbindungen werden Bindungen schon bei etwa 150 °C thermisch gespalten. Dabei entstehen Radikale, also Teilchen mit ungepaarten Elektronen. Sie können mit der Elektronenspinresonanz-Spektroskopie, kurz ESR-Spektroskopie, nachgewiesen und bestimmt werden.
Elektrolytische Dissoziation
Die elektrolytische Dissoziation ist der reversible Zerfall einer chemischen Verbindung in positiv geladene Kationen und negativ geladene Anionen in einem Lösungsmittel, beispielsweise beim Lösen eines Salzes in Wasser. Die entstandenen Ionen werden von Lösungsmittelteilchen umgeben; sie sind dann solvatisiert. Weil sie sich frei bewegen können, leitet die Lösung elektrischen Strom. Solche leitfähigen Lösungen heißen Elektrolyte.
Bei echten oder permanenten Elektrolyten sind die Ionen schon im Festkörper vorhanden. Festes Kochsalz enthält beispielsweise Na⁺- und Cl⁻-Ionen in einem Ionengitter. Beim Lösen in Wasser werden diese Ionen frei beweglich. Die hohe Gitterenergie des Kristalls wird dabei durch die Hydratisierungsenergie aufgebracht, die bei der Umhüllung der Ionen durch Wasser frei wird.
Potentielle Elektrolyte besitzen als Reinstoffe keine ionischen Bindungen und leiten keinen Strom. Erst die Reaktion mit einem geeigneten Lösungsmittel erzeugt Ionen:
AB ⇌ A⁺ + B⁻
Voraussetzungen sind eine polare Bindung zwischen A und B sowie ein polares Lösungsmittel. Bei Essigsäure in Wasser entstehen Acetat-Ionen und Oxonium-Ionen:
H₃C–COOH + H₂O ⇌ H₃C–COO⁻ + H₃O⁺
Chlorwasserstoff bildet in Wasser die als Salzsäure bezeichnete Elektrolytlösung:
H₂O + HCl ⇌ H₃O⁺ + Cl⁻
Ammoniak reagiert mit Wasser zu Ammonium- und Hydroxid-Ionen:
NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻
Diese Gleichgewichtsreaktionen heißen auch Protolyse, also Übertragung eines Protons. Sie erklären den sauren Charakter von Säuren wie Essigsäure und den basischen Charakter von Basen wie Ammoniak. Die elektrische Leitfähigkeit dient als experimenteller Nachweis dafür, dass frei bewegliche Anionen und Kationen entstanden sind.
Photochemische Dissoziation
Nimmt ein Molekül Licht auf, kann es in einen elektronisch angeregten Zustand übergehen und anschließend dissoziieren. Dieser Vorgang heißt photochemische Dissoziation, Photolyse oder Photodissoziation. Photolyse ist ein wichtiger Bestandteil der Atmosphärenchemie und besitzt außerdem präparative und industrielle Bedeutung.
Bedeutung in der organischen Chemie
In der organischen Chemie ist die Dissoziation wichtig, weil zahlreiche Reaktionen nur ablaufen können, wenn bestimmte Gruppen als Anionen vorliegen. Das betrifft beispielsweise Carbonsäuren und Hydroxygruppen bei Stoffumsetzungen wie Alkylierungen.
Aciditätsskalen und gemessene Dissoziationskonstanten helfen dabei, die Neigung organischer Stoffe zur Abgabe eines Protons zu vergleichen. Hammett untersuchte die Dissoziation organischer Basen und Carbonsäuren in Wasser und verschiedenen Lösungsmitteln. E. M. Arnett bestimmte 1963 Dissoziationskonstanten für Ester, Amide, Thiole, Amine und Phenole. Cram stellte 1965 eine Aciditätsskala, die MSAD-Skala, für verschiedene Kohlenwasserstoffmoleküle auf. Mithilfe solcher Skalen können organische Chemiker abschätzen, welche Base für eine bestimmte Stoffumsetzung benötigt wird.
