Säuren, Basen und Salze

Was sind Säuren und Basen?

Du kennst sicherlich schon das Symbol für ätzende Substanzen aus dem allerersten Unterrichtsstunden in der Chemie. Die allermeisten Säuren und Basen erfüllen diese Gefahrstoffbezeichnung. Das bedeutet, sie lösen sehr viele Stoffe auf, doch wie machen das die Säuren und Basen?

Wenn du über Säuren und Basen sprichst, meinst du eigentlich immer wässrige Lösungen. Die Säuren und Basen dissoziieren, wenn man sie in Wasser gibt. Wenn ein Stoff mit Wasser eine Säure bildet, gibt dieser nach Brönsted ein Proton an das Wasser ab. Im Wasser bildet sich dann ein Hydroniumion $H_3O^+$, dieses Ion reagiert dann sauer. Ein Stoff der mit Wasser eine Base bildet, nimmt hingegen nach Brönsted ein Proton auf. Im Wasser bildet sich dann ein Hydroxidion $OH^-$, dieses Ion reagiert dann basisch. Säuren sind also Protonendonatoren und Basen Protonenakzeptoren.

Brönsted erweiterte seinen Säure/Base-Begriff auch noch auf weitere nicht wässrige Lösungsmittel. Diese werden jedoch relativ selten im Unterricht behandelt.

Nach Lewis gibt es noch einer weitere Definition von Säuren und Basen. Säuren nehmen hier Elektronenpaare auf, sind also Elektronenpaarakzeptoren und Basen geben Elektronenpaare ab, sind also Elektronenpaardonatoren. Diese Definition schließt die Wirkung nach Brönsted mit ein.

Wie reagieren Säuren und Basen?

Die Säure-Base-Reaktionen laufen nach typischen Mechanismen ab. Starke Säuren lösen sehr viele Metalle auf. Dabei wird das Proton des $H_3O^+$ reduziert und das Metall oxidiert. Es bildet sich also Wasserstoff, Wasser und ein positives Metallkation, welches sehr häufig mit dem Säurerestanion ein Salz bildet.

Starke Basen hingegen reagieren sehr gut mit organischen Verbindungen. Dabei nimmt das $OH^-$ sehr häufig ein Proton aus dem organischen Stoff auf. Dabei wird das $OH^-$ oxidiert und der organische Stoff reduziert. An den Platz des vorherigen Protons lagert sich sehr häufig das Kation der Base an. Es bildet sich also Salz und Wasser.

Wenn Basen mit Säuren reagieren, neutralisieren sich $H_3O^+$ und $OH^-$ gegenseitig. Es bildet sich Wasser und ein Salz aus den Säurerestanionen und dem Basenrestkation.

pH-Wert und Indikatoren

Ein Maß dafür, wie viele Hydroniumionen $H_3O^+$ und Hydroxidionen $OH^-$ in einer wässrigen Lösung vorliegen, ist der $pH$-Wert oder $pOH$-Wert. Diese können Werte zwischen 0 und 14 annehmen. Dabei ist der $pH$-Wert der negative dekadische Logarithmus der Konzentration von $H_3O^+$. Zudem gilt $pOH+pH=14$.

Indikatoren geben wiederum an, welcher pH-Wert gerade vorliegt, da sie bei bestimmten pH-Werten ihre Farbe wechseln. Diesen Farbwechsel verwendet man auch für quantitative Analysen von Säuren und Basen, genauer, bei Säure-Base-Titrationen.

Gleichgewichtsreaktionen von Säuren und Basen und Puffersysteme

Schwächere Säuren und Basen reagieren nie vollständig mit dem Wasser. Ein Teil der Protonen liegt undissoziiert vor. Es bildet sich ein Gleichgewicht zwischen dissoziierter und undissoziierter Säure. So bleibt auch der pH-Wert eine Zeit lang konstant, selbst wenn die Säure oder Base mit einem Stoff reagiert, da dann der undissoziierte Teil dissoziiert. Die schwachen Säuren und Basen können also eine Veränderung des pH-Wertes abpuffern. Sie bilden Puffersysteme.