Protonierung

Definition und Grundprinzip

Protonierung bezeichnet in der Chemie die Anlagerung eines oder mehrerer Protonen (Wasserstoffkerne beziehungsweise Wasserstoff-Kationen) an eine chemische Verbindung im Rahmen einer Säure-Base-Reaktion. Mit jedem übertragenen Proton erhält das Zielmolekül eine zusätzliche positive Ladung. Das entstandene Teilchen heißt protonierte Verbindung.

Der umgekehrte Vorgang ist die Deprotonierung: Dabei werden Protonen von einer Verbindung abgespalten.

Säure-Base-Gleichgewicht

Eine Protonierung setzt eine Säure und eine Base nach Brønsted und Lowry voraus. Die Säure gibt ein Proton ab und wird dadurch deprotoniert; die Base nimmt das Proton auf und wird protoniert:

HA + B ⇌ A⁻ + HB⁺

Dabei ist HA die Säure, B die Base, A⁻ die deprotonierte Säure und HB⁺ die protonierte Base. Die Säurestärke, dargestellt durch den pKₛ-Wert, und die Basenstärke, dargestellt durch den pK_B-Wert, bestimmen, ob im Gleichgewicht eher die protonierte oder die unprotonierte Verbindung vorliegt. Auch sterische Faktoren, also die räumliche Anordnung und mögliche Behinderung durch Atome oder Atomgruppen, können eine Protonierung beeinflussen.

Beispiel mit Ammoniak

Bei der Reaktion von Chlorwasserstoff (HCl) mit Ammoniak (NH₃) überträgt Chlorwasserstoff ein Proton auf das Ammoniak-Molekül:

HCl + NH₃ ⇌ Cl⁻ + NH₄⁺

Dabei entstehen ein negativ geladenes Chlorid-Anion (Cl⁻) und ein positiv geladenes Ammonium-Kation (NH₄⁺). Auch bei der Säure-Base-Reaktion von Essigsäure und Wasser treten Protonierung und Deprotonierung auf: Essigsäure kann deprotoniert werden, während Acetat durch Protonierung wieder Essigsäure bildet.

Bedeutung und Anwendung

Die Protonierung ist ein häufig beobachteter und gezielt genutzter Reaktionsschritt. Sie dient oft dazu, eine chemische Verbindung für nachfolgende Reaktionen zu aktivieren. Außerdem kann sie Verbindungen ionisieren, also elektrisch laden, beispielsweise für eine massenspektrometrische Analyse.