Wasserstoffionen

Wasserstoffionen (H+) bezeichnet das positiv geladenen Wasserstoffteilchen. In der Gasphase existieren sie als freies Proton. In wässrigen Lösungen kommt es jedoch praktisch nicht frei vor, sondern wird stark solvatisiert und existiert überwiegend als Hydronium-Ion H3O+.

Nach dem Brønsted-Lowry-Konzept sind Säuren Protonendonatoren und Basen Protonenakzeptoren. In Wasser erfolgt die Protolyse: HA + H2O ⇌ A− + H3O+. Die Konzentration der H3O+-Ionen bestimmt den pH-Wert einer Lösung (pH = −log a(H3O+)). Starke Säuren liefern hohe H3O+-Aktivitäten, schwache Säuren geringere.

Der Transport von Protonen in Wasser erfolgt über den Grotthuss-Prozess: Der Proton wandert effektiv durch das Wasser-Netzwerk, während ständig Hydratationsstrukturen umgebildet werden. Diese Protonenleitfähigkeit ist charakteristisch hoch und spielt eine zentrale Rolle in vielen chemischen, biologischen und technologische Anwendungen. So sind Protone in Elektrochemie, Brennstoffzellen, Verdauungssäften und der Regulation des Säure-Base-Gleichgewichts von Organismen von Bedeutung.

Begriffsprägung: Im Alltag wird Wasserstoffion oft als H+ verwendet. In wässriger Lösung beschreibt man jedoch bevorzugt die Spezies H3O+, da das Proton stark von Wassermolekülen umgeben ist. In komplexeren Systemen können auch weitere hydratisierte Formen auftreten, deren Grundprinzip jedoch dem Hydratationsprozess des Protons folgt.