Fünf mal H2O: Salzsäure sieht anders aus als gedacht

Vier bis fünf Wassermoleküle „umzingeln“ Salzsäure wenn sie gelöst ist, je nach Temperatur. Diese beiden Zahlen hat eine Gruppe von Physikern und Chemikern ermittelt. So einfach die Frage scheint, wie Salzsäure eigentlich genau aussieht, ist sie immer noch nicht vollständig geklärt.

Bisher ging man davon aus, dass das Chlorid-Ion (Cl) der Salzsäure von vier Wassermolekülen umgeben ist, von denen eines das Proton (H+) des gelösten Gases Chlorwasserstoff (HCl) trägt. Das ist auch so, aber nicht bei Zimmertemperatur – dann sind es fünf Wassermoleküle. Das internationale Forscherteam aus Mexiko, Kolumbien und England um Prof. Gabriel Merino belegte diese Erkenntnis mit quantenmechanischen Berechnungen, die in der Fachzeitschrift Chemistry – A European Journal veröffentlicht wurden.

Wie viele Moleküle H2O braucht es, damit sich aus HCl Salzsäure bildet? Links im Bild dissoziiert das Proton des HCl-Moleküls sobald vier Moleküle Wasser anwesend sind. Rechts ergibt sich ein anderes Bild, wenn man die Bedingungen mit einberechnet die bei 25 °C (298,15 Kelvin) herrschen; dann braucht es fünf Wassermoleküle. Bild: Vargas-Caamal et al., Chem. Eur. J, 2016.

In meinem letzten Beitrag habe ich darüber berichtet, dass Säuren Substanzen sind, die in Wasser H+-Ionen abgeben und dabei H2O in H3O+ umwandeln. Tatsächlich war schon länger bekannt, dass an diesem Prozess mehrere Wassermoleküle beteiligt sind. Sie umlagern das Chlorid-Ion und „teilen“ sich das Proton gewissermaßen. Wie viele Wassermoleküle es genau sind und wie die Struktur eines solchen Salzsäure–Wasser-Clusters genau aussieht, ist bisher nicht eindeutig geklärt. Die Wissenschaftler berechneten in ihrer Arbeit die Strukturen der Salzsäure im Wechselspiel mit einem bis sechs Wassermolekülen und fanden heraus, dass das Proton des HCl-Moleküls sich abspaltet, sobald vier Wassermoleküle vorhanden sind. Als sie in ihren Berechnungen jedoch eine Temperatur von 25 °C berücksichtigten, benötigte es ein Wassermolekül zusätzlich.

Die Forscher weisen allerdings darauf hin, dass ihre Arbeit zwar umfassend, aber keineswegs vollständig ist. Es gibt einfach zu viele verschiedene Strukturen, in den Wassermoleküle in einem „Salzsäure-Cluster“ angeordnet sein können.

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