9. Säuren und Basen.

a. Säuren und saure Lösungen


• Herstellung von Säuren

Beispiele:

H2O

  +  

CO2

  →  

H2CO3

  Kohlensäure  

H2O

  +  

SO2

  →  

H2SO3

  Schwefelige Säure

H2O

  +  

SO3

  →  

H2SO4

  Schwefelsäure  

3 H2O

  +  

P2O3

  →  

2 H3PO3

  Phosphorige Säure

3 H2O

  +  

P2O5

  →  

2 H3PO4

  Phosphorsäure
    

Säuren enthalten H-Atome.
Stark konzentrierte Säuren sind ätzend, bei ihrer Benutzung muss man die nötigen Vorsichtsmaßnahmen treffen.

Wasser   +  Nichtmetalloxid  →  Säure


• Farbindikatoren

Säuren kann man mit Hilfe von Farbindikatoren nachweisen: 
Säure + Lackmus:Farbumschlag nach rot
Säure + Bromthymolblau:  Farbumschlag nach rot
Säure + Phenolphtalein:  Farbumschlag nach farblos

• Namen und Formeln wichtiger Säuren und Basen    

Formel

Name

Allgemeine Eigenschaften

HCl(aq)
HNO3(aq)
HNO2(aq)
H2SO4(aq)
H2SO3(aq)
H2CO3(aq)
H3PO4(aq)
H3PO3(aq)     
CH3COOH(aq)     

Salzsäure 
Salpetersäure 
Salpetrige Säure 
Schwefelsäure 
Schwefelige Säure 
Kohlensäure 
Phosphorsäure 
Phosphorige Säure     
Essigsäure     

· sie verfärben die Indikatoren: 
  Lackmus → rot
  Bromthymolblau → gelb
  Phenolphtalein → farblos
· sie leiten den elektrischen Strom
· sie reagieren mit unedlen Metallen
  unter Bildung von Wasserstoff
· sie reagieren mit Kalkstein (Calciumcarbonat)
  unter Bildung von Kohlenstoffdioxid

• Verwendung von Säuren:
- Säuren werden in der Lebensmittelindustrie benutzt, Phosphorsäure in Getränken, Essigsäure als Konservierungsstoff.
- Die menschliche Magensäure besteht aus verdünnter Salzsäure.
- Säuren werden als Entkalkungsmittel benutzt.

Saurer Regen (ein akutes Umweltproblem der 1970er Jahre: Waldsterben und Übersäuern von Seen) ist auf Säuren in den Niederschlägen zurückzuführen. 

b. Basen und alkalische Lösungen (Laugen)

• Herstellung von Laugen

Beispiele:

CaO

  +  

H2O

  →  

Ca(OH)2(aq)

  Kalkwasser

MgO

  +  

H2O

  →  

Mg(OH)2(aq)

  Magnesiumlauge 

Na2O

  +  

H2O

  →  

2 NaOH(aq)

  Natronlauge
    

Wässerige Lösungen von Hydroxiden bilden Laugen. Das Kennzeichen von Laugen ist die OH-Gruppe.
Stark konzentrierte Laugenlösungen sind ätzend, bei ihrer Benutzung muss man die nötigen Vorsichtsmaßnahmen treffen.

Beispiele:
Natronlauge ist eine wässerige Lösung von Natriumhydroxid NaOH(s) 
Kalilauge ist eine wässerige Lösung von Kaliumhydroxid KOH(s)
Kalkwasser ist eine wässerige Lösung von Calciumhydroxid Ca(OH)2(s)

Metalloxid (Hauptgruppe I. und II.)  +  Wasser  →  Lauge


• Farbindikatoren

Laugen kann man mit Hilfe von Farbindikatoren nachweisen: 
Lauge + Lackmus:Farbumschlag nach blau
Lauge + Bromthymolblau:  Farbumschlag nach blau
Lauge + Phenolphtalein:  Farbumschlag nach karminrot

• Namen und Formeln einiger wichtiger Basen und Laugen

Formel

Name

Allgemeine Eigenschaften

NaOH(s)
NaOH(aq)
KOH(s)(s)
KOH(aq)
LiOH(s)
Ca(OH)2(s)
Ca(OH)2(aq)     
Al(OH)3(s)
NH3(aq)

Natriumhydroxid (Ätznatron)     
Natronlauge 
Kaliumhydroxid (Ätzkali) 
Kalilauge 
Lithiumhydroxid 
Calciumhydroxid 
Kalkwasser 
Aluminiumhydroxid 
Ammoniakwasser 

· sie fühlen sich seifig an
· sie verfärben die Indikatoren: 
  Lackmus → blau
  Bromthymolblau → blau
  Phenolphtalein → karminrot
· sie leiten den elektrischen Strom
· sie wirken ätzend
· sie emulgieren Fette und Öle

• Verwendung von Laugen:
- Laugen werden als Reinigungsmittel benutzt, denn sie lösen Fette. Flüssige Abflußreiniger enthalten vor allem stark konzentrierte Natronlauge.
- Laugen werden bei der Herstellung von Seifen benutzt.
- Bäcker benutzen Natronlauge um Laugenbretzeln herzustellen.
- Laugen werden als Abbeizmittel benutzt, zum Entfernen von Farben und Überzügen.

Aufgabe
Stelle die Gleichungen für die Reaktion der folgenden Oxide mit Wasser auf und gib den Namen des Produktes an.
a. Kohlenstoffdioxid





b. Schwefeltrioxid





c. Diphosphorpentaoxid





d. Lithiumoxid





e. Calciumoxid





f. Kaliumoxid





g. Schwefeldioxid





h. Diphosphortrioxid





i. Bariumoxid






c. pH-Skala

Farbindikatoren geben an, ob eine Lösung sauer, neutral oder alkalisch ist, sie geben aber nicht an, wie stark sauer oder alkalisch eine Lösung ist.
Durch Vermischen mit destilliertem Wasser kann man Säuren oder Laugen verdünnen.
Beispiele:
- Eine stark saure Lösung besitzt einen pH-Wert von 1. Verdünnt man die Lösung dann nimmt der pH-Wert zu. Bei sehr starker Verdünnung geht der pH-Wert auf 7 zu, die Lösung wird neutral.
- Eine stark alkalische Lösung besitzt einen pH-Wert von 14. Verdünnt man die Lösung dann nimmt der pH-Wert ab. Bei sehr starker Verdünnung geht der pH-Wert auf 7 zu, die Lösung wird neutral.


d. Neutralisation

Versuch:
Zu zwei Lösungen die gleiche Stoffmengen an verdünnter Salzsäure respektiv Natronlauge enthalten gibt man jeweils einige Tropfen Lackmus-Farbindikator und vermischt sorgfältig. Dann vermengt man vorsichtig beide Lösungen bis ein Farbumschlag eintritt.

Beobachtung:

Die Salzsärelösung verfärbt sich rot, die Natronlauge verfärbt sich blau. Beim sorgfältigen Vermischen genügt am Ende ein Tropfen roter Salzsäure um die Farbe des Reaktionsgemisches nach grün umschlagen zu lassen.

Schlussfolgerung:
Wenn man gleiche Stoffmengen Salzsäure mit einer Natronlauge reagieren läßt, dann erhält man eine neutrale Lösung (hier eine Kochsalz-Lösung).

  HCl

  +

  NaOH

  →

  NaCl

  +

  H2O

Lackmus  

  sauer

  alkalisch

  neutral

Verallgemeinerung:
Diese Reaktionsart, bei der sich Säure und Base gegenseitig neutralisieren, nennt man eine Neutralisation:
Wenn man stöechiometrische Stoffmengen einer Säure mit einer Base reagieren läßt, dann spricht man von einer Neutralisationsreaktion:

  Säure

  +

  Base

  →

  Salz

  +

  Wasser

Lackmus  

  sauer

  alkalisch

  neutral


e. Aufgabe
Stelle jeweils die Reaktionsgleichung auf, richte ein und gib jeweils den Namen des Salzes an:
• Salzsäure + Aluminiumhydroxid





• Salpetersäure + Calciumhydroxid





• Phosphorsäure + Bariumhydroxid





• Kohlensäure + Lithiumhydroxid





• Phosphorsäure +Kaliumhydroxid





• Schwefelsäure + Aluminiumhydroxid





• Salzsäure + Calciumhydroxid





• Phosphorsäure + Aluminiumhydroxid





• Schwefelsäure + Bariumhydroxid





• Kohlensäure + Aluminiumhydroxid





• Salpetersäure + Magnesiumhydroxid





• Salzsäure + Ammoniak







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