Säure-Base-Reaktionen / Chemie

Säuren und Basen im Alltag

Überlege, wo dir Säuren und Basen im Alltag begegnen! Vor allem in der Küche und im Haushalt hast du mit sauren und basischen Lösungen zu tun.

Auf Lebensmitteletiketten kann man Inhaltsstoffe wie Essigsäure, Zitronensäure oder Milchsäure lesen. Diese bewirken einen sauren Geschmack und machen Lebensmittel länger haltbar. Zitronensäure und Essigsäure eignen sich sehr gut dafür, um Kalkablagerungen in der Küche und im Badezimmer zu entfernen.

Frische Limonade mit Zitronen — Säuren wie Zitronensäure bewirken in Limonaden den sauren Geschmack.

Bei der Herstellung von Joghurt entsteht durch Gärung Milchsäure. Diese bewirkt den säuerlichen Geschmack des Joghurts und führt dazu, dass das Eiweiß in der Milch gerinnt.

Essigflaschen — Essig wird bei der Nahrungszubereitung verwendet, er eignet sich aber auch zum Entfernen von Kalkablagerungen.

Die Natronlauge wird in der Lebensmittelproduktion bei der Herstellung von Laugengebäck eingesetzt. Im Haushalt findet man Basen beispielsweise in Seifen und Waschmitteln.

Laugenbrezel — Laugenbrezen werden vor dem Backen mit Natronlauge bestrichen. Beim Backen reagiert Natronlauge, sodass der typische Geschmack entsteht.

Laugen werden im Haushalt häufig in Seifen und Waschmitteln eingesetzt.

Eigenschaften von sauren und basischen Lösungen

Saure Lösungen schmecken sauer (das kennt man von Limonaden und Zitronensaft), basische Lösungen fühlen sich seifig an. Aber welche Eigenschaften sind noch typisch für saure und basische Lösungen?

Sie sind ätzend

Saure und basische Lösungen zerstören Gewebe und greifen Oberflächen an. Der Grad der Verätzung hängt dabei von der Konzentration und von der Art der Substanz ab. Säuren schädigen die Zellen an der Hautoberfläche. Basische Lösungen zersetzen organisches Material, sodass dieses dabei verflüssigt. Dadurch kann die schädigende Substanz weiter ins Gewebe eindringen und tieferliegende Schichten zerstören.

Saure und basische Lösungen sind ätzend.

Verätzter Finger — Verätzung durch Flusssäure.

Saure Lösungen noch genauer kennenlernen

Hier kannst du weitere Eigenschaften saurer Lösungen noch genauer untersuchen. Wie reagieren Säuren mit Metallen oder mit Kalk?

Säure-Base-Reaktionen

Bei Säure-Base-Reaktionen findet eine Übertragung von Protonen (Wasserstoff-Ionen, H$$^+$$-Ionen) statt. Man spricht daher auch von Protolyse. Ein H$$^+$$-Ion besteht nur aus einem Proton, da sich der Kern eines Wasserstoff-Atoms (dieser besteht aus einem p⁺) abspaltet, das Elektron bleibt beim Bindungspartner zurück.

Ein H⁺-Ion besteht nur aus einem Proton.

Säuren sind Teilchen, die Protonen liefern, man bezeichnet sie als Protonendonatoren.

Im Wasser werden Protonen auf Wasser-Moleküle übertragen, es bleibt ein negativ geladener Säurerest zurück. Es entstehen Oxonium-Ionen (H₃O$$^+$$-Ionen), die für die sauren Eigenschaften der Lösung verantwortlich sind. Im folgenden Beispiel wird das Proton von Chlorwasserstoff (HCl) auf ein Wasser-Molekül übertragen, es entsteht Salzsäure.

Säuren sind Protonendonatoren.

Basen sind Teilchen, die Protonen aufnehmen, sie sind Protonenakzeptoren.

In Wasser werden Protonen von Wasser-Molekülen übertragen, es bleiben negativ geladene Hydroxid-Ionen (OH$$^-$$-Ionen) zurück. Sie sind für die basischen Eigenschaften verantwortlich. Reagiert Ammoniak (NH$$_3$$) in Wasser, bildet sich Ammoniakwasser.

Basen sind Protonenakzeptoren.

Die Rolle von Wasser

Wasser spielt bei Säure-Base-Reaktionen eine wichtige Rolle. Saure bzw. basische Lösungen bilden sich, weil Säuren bzw. Basen in Wasser reagieren. Wie man in den obigen Abbildungen sieht, ist Wasser dabei – abhängig vom Reaktionspartner – ein Protonenakzeptor oder ein Protonendonator. Man bezeichnet Wasser daher als Ampholyt.

Wasser kann sogar mit sich selbst reagieren, man spricht von Autoprotolyse. Dabei reagieren sehr wenige Wasser-Moleküle (abhängig von der Temperatur) durch Übertragung von Protonen.

Autoprotolyse des Wassers.

Leitungswasser leitet elektrischen Strom, da sich darin gelöste Salze befinden. Die dadurch vorliegenden Ionen bewirken den Stromfluss. Aber wie ist es bei entionisiertem (also chemisch reinem) Wasser? Nimm dazu Abbildung 4 zu Hilfe! Leitet entionisiertes Wasser Strom?

In reinem Wasser ist nur bei sehr genauen Messungen ein sehr geringer Stromfluss nachweisbar. Das liegt daran, dass sich durch die Autoprotolyse des Wassers eine geringe Menge an Ionen bilden, die im Wasser frei beweglich sind. Diese bewirken den Stromfluss.

Formeln und Namen

Säuren

Die Formeln anorganischer Säuren haben immer den gleichen Aufbau. Salpetersäure ist eine einprotonige Säure (da sie ein H-Atom beinhaltet). Jeder Säurerest (hier: NO$$_3$$$$^-$$) hat eine eigene Bezeichnung. NO$$_3$$$$^-$$ ist das Nitrat-Ion.

Aufbau einer Säureformel am Beispiel Salpetersäure.

Formeln von organischen Säuren wie der Essigsäure (Ethansäure, CH$$_3$$COOH) haben einen speziellen Aufbau. Du erkennst sie an der COOH-Gruppe in der Formel. Bei organischen Säuren wird immer ein Proton der COOH-Gruppe abgespalten. Der Säurerest der Essigsäure ist daher CH$$_3$$COO$$^-$$.

Lerne hier gängige Säuren genauer kennen!

Formel	Bezeichnung in Lösung	Säurerest	Bezeichnung des Säurerests	Vorkommen / Verwendung
HCl	Salzsäure	Cl^-	Chlorid-Ion	Magensaft, Industrie
HNO₃	Salpetersäure	NO₃^-	Nitrat-Ion	Herstellung von Düngemitteln
HF	Flusssäure	F^-	Fluorid-Ion	Herstellung von Computerchips
H₂SO₄	Schwefelsäure	SO₄^2-	Sulfat-Ion	sehr wichtig für die industrielle Produktion
H₂CO₃	Kohlensäure	CO₃^2-	Carbonat-Ion	Getränkeherstellung
H₃PO₄	Phosphorsäure	PO₄^3-	Phosphat-Ion	Lebensmittelindustrie (z. B. in Cola-Getränken)
CH₃COOH	Essigsäure	CH₃COO^-	Acetat-Ion	Salatmarinade, Lebensmittelindustrie

Sodawasser

Leitet man Kohlenstoffdioxid in Wasser ein, reagiert ein kleiner Teil (weniger als 0,5 % des eingeleiteten CO₂) mit Wasser zu Kohlensäure (H₂CO₃). Der Rest des CO₂ liegt im Wasser gelöst vor und erzeugt damit die bekannten Gasbläschen im Sodawasser. Die entstandene Kohlensäure (H₂CO₃) zerfällt in Ionen. Dabei werden pro Molekül zwei Protonen auf Wasser-Moleküle übertragen, es entstehen H₃O⁺-Ionen. Die Oxonium-Ionen machen Sodawasser leicht sauer.

Basen

Formeln von Basen erkennt man am Metallatom (z. B. bei NaOH) und der OH-Gruppe (Hydroxid-Gruppe). In wässriger Lösung bilden sie Ionen: Metall-Kationen (z. B. Na⁺) und Hydroxid-Anionen (OH^-). Eine Besonderheit ist Ammoniak (NH₃), hier liegen keine Metall-Kationen vor.

Lerne hier gängige Basen genauer kennen!

Formel	Name	Bezeichnung in Lösung	Verwendung
NaOH	Natriumhydroxid	Natronlauge	Abflussreiniger
KOH	Kaliumhydroxid	Kalilauge	Herstellung von Seifen und Farbstoffen
Ca(OH)₂	Calciumhydroxid	Kalkwasser	zur Analyse (Nachweis von CO₂)
NH₃	Ammoniak	Ammoniakwasser	Reinigungsmittel

Info für Lehrende

Säure-Base-Hüpfen

Lass das Formel-Känguru zu den richtigen Namen springen und erfahre so mehr über ihre Verwendung!

Ordne Bezeichnung und Verwendung der Säuren und Basen richtig zu!

Bravo, geschafft!

Neutralisation

Mischt man saure und basische Lösungen miteinander, kommt es zur Neutralisationsreaktion. Dabei reagieren die H₃O⁺-Ionen und die OH^--Ionen zu Wasser-Molekülen. Die Neutralisationsreaktion ist eine exotherme Reaktion, es wird dabei Energie frei.

Bei der Neutralisation reagieren Oxoniumionen (H₃O⁺) und Hydroxidionen (OH^-) zu Wasser.

Werden die Lösungen dabei im richtigen Verhältnis zueinander verwendet, entsteht eine neutrale Lösung. Im folgenden Beispiel reagieren Salzsäure (HCl_(aq)) und Natronlauge (NaOH_(aq)) miteinander. Dabei entsteht eine neutrale Kochsalzlösung.

Neutralisationsreaktion von Salzsäure mit Natronlauge.

Mischt man saure und basische Lösungen im richtigen Verhältnis, entsteht eine neutrale Lösung.

Info für Lehrende

In unserem Körper finden überlebenswichtige Neutralisationsreaktionen statt. Der Magensaft, der von Drüsen in der Magenschleimhaut produziert wird, beinhaltet Salzsäure. Hast du dich schon einmal gefragt, warum unsere Magenwand nicht vom Magensaft zersetzt und verdaut wird? Das liegt daran, dass die Magenschleimhaut eine dicke schützende Schleimschicht produziert. Diese beinhaltet HCO₃^--Ionen (Hydrogencarbonat, Anionen der Base NaHCO₃). Sie neutralisieren die H₃O⁺-Ionen der Salzsäure. Im Zwölffingerdarm sorgen HCO₃^--Ionen für eine basische Umgebung, im Blut schützen sie vor Übersäuerung.

Eine dicke Schleimschicht überzieht die Magenwand und schützt sie dadurch vor der Salzsäure im Magensaft. Dabei spielt eine Neutralisationsreaktion eine wichtige Rolle.

pH-Wert und Indikatoren

Ein Maß für die Konzentration der frei vorliegenden H₃O⁺-Ionen ist der pH-Wert. Damit kann angegeben werden, ob eine Lösung sauer, neutral oder basisch ist. Die pH-Skala reicht von 0 bis 14. Neutrale Lösungen haben einen pH-Wert von 7. Je saurer eine Lösung ist, umso geringer ist der pH-Wert. Je basischer die Lösung ist, umso höher ist der pH-Wert.

Der pH-Wert kann mit einem pH-Meter gemessen werden. Mit einem Indikator wird der pH-Wert einer Lösung abgeschätzt. Indikatoren sind Farbstoffe, deren Farbe sich in Abhängigkeit des pH-Wertes ändert. Indikatoren werden als Flüssigindikator oder als Teststreifen eingesetzt.

flüssiger Universalindikator — Farbreihe eines flüssigen Universalindikators.

pH-Teststreifen (hier: Universalindikatorpapier)

Im Labor kommen Mischungen an Indikatorsubstanzen (Universalindikatoren) oder einzelne Substanzen zum Einsatz. Die Farbskala zeigt, dass sich Phenolphtalein für den Nachweis stark basischer Lösungen eignet. Methylorange hingegen wird beim Nachweis von stark sauren Lösungen eingesetzt. Es gibt aber auch Naturstoffe wie Schwarztee, Malventee oder Rotkrautsaft, die als Indikatoren eingesetzt werden können.

Umschlagbereiche verschiedener Indikatoren

Schwarztee mit Zitronenscheibe — Schwarztee färbt sich durch eine Säure (z. B. Zitronensäure in Zitronensaft) hell.

Möchtest du Indikatoren selbst herstellen und anwenden? Hier findest du wichtige Tipps dazu!

Finde heraus, welche pH-Werte Alltagsprodukte aufweisen!

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