Grundlagen
Inhaltsverzeichnis
Säure-Base-Reaktion
Eine Säure-Base Reaktion ist eine Protonenübergabe, auch Protolyse genannt. Dabei gibt die Säure ein Proton, ein H+ ab während die Base dieses H aufnimmt. Ein H+ kann jedoch nur abgegeben werden, wenn das Elektron des H sehr stark angezogen ist und das H somit leicht von der Säure getrennt werden kann, d.h. Säuren sind polare Stoffe. Die Säure wird dadurch zu einer Base, die Base wird zu einer Säure. Dadurch wird auch klar, dass jede Säure eine korrespondierende Base hat, als auch jede Base eine korrespondierende Säure hat, z.B. HNO3 (Salpetersäure) wird zu NO3- (Nitrat-Ion) und umgekehrt. Manche Stoffe können sowohl eine Säure als auch eine Base sein, diese nennt man Ampholyte, ein wichtiges Beispiel dafür ist H2O (wichtig für pH-Wert). Wie die Reaktion abläuft, hängt vom Reaktionspartner ab. Denn: Es reagiert immer die stärkste Säure mit der stärksten Base. So wird Wasser, wenn es mit einer starken Säure reagiert zu einer Base und es entsteht H3O+ (siehe dazu Der pH-Wert). Die meisten Säuren sind ausserdem in Wasser gelöst und somit dort eigentlich gar nicht vorhanden, da sie mit dem Wasser reagieren und H3O+ als Säure entsteht. Säure-Base-Reaktionen sind Gleichgewichtsreaktionen, das Gleichgewicht liegt jeweils bei der schwächeren Säure und der schwächeren Base, d.h. der grösste Teil der stärkeren Säure bzw. Base reagieren.
Einige Säuren und ihre korrespondierenden Basen:
| Salpetersäure: HNO3 | Nitrat-Ion: NO3- |
| Kohlensäure: H2CO3 | Hydrogencarbonat-Ion: HCO3- |
| Hydrogencarbonat: HCO3- (Ampholyt!) | Carbonat-Ion: CO32- |
| Phosphorsäure: H3PO4 (daraus:H2PO4- und H1PO42-, Ampholyte) | Phosphat-Ion: PO43- |
| Oxonium: H3O+ | Wasser: H2O |
| Wasser: H2O | Hydroxid-Ion: OH- |
| Hydroxid-Ion: OH- | Oxid-Ion: O 2- |
| Essigsäure: CH3COOH | Acetat-Ion: CH3COO |
Die Essigsäure gehört zu der Gruppe der organischen Säuren, welche jeweils eher schwach sind. Praktisch immer ist eine Carboxylgruppe vorhanden (O2CH), der Rest variert. Schwache organische Säuren finden auch zur Bestimmung des pH-Wertes eine Funktion, wenn die korrespondierende Base eine andere Farbe hat als die Säure. Basen können auch mit einem Metall binden und dadurch zu einem Salz werden, z.B. Kalk (Ca2+CO32-). Dies ist jedoch nicht das Kalk, das wir in unserem Wasser finden, sondern eine Verbindung aus Hydrogencarbonat und Calcium:
Ca2+CO32-+H2CO3→Ca2+(HCO3-)2
Reaktionstypen
Neutralisation:
Eine Base und eine Säure neutralisieren sich gegenseitig. Typisch hierfür ist die Reaktion von OH--Ionen mit starken Säuren.
HCl+Na+OH-→H2O+Na+Cl-
Die starke Säure vertreibt die schwache Base aus ihrem Salz:
K+CN-+HClaq⇌K+Claq-+HCN
Kalknachweis:
Wenn aus Kohlensäure (H2CO3) ein Carbonat-Ion (CO32-) entsteht, so kann man dies auch in der Geologie verwenden. CO32- kann mit Ca2+ reagieren und es entsteht Kalk Ca2+CO32-. Dies kann man dann mit einer starken Säure reagieren lassen, zum Beispiel HCl:
Ca2+CO32-+2HClaq⇌H2CO3+Ca2+Cl2-
Basen im Wasser
NH3+H2O⇌NH4++OH-
Dies wird auch später wichtig sein um den pOH (Gegenstück des pH-Wertes) zu bestimmen, da dies in der Anzahl OH--Ionen gemessen wird. Logischerweise hat es mehr OH-, wenn es auch mehr Base hat.
pKS und pKB
Der pKS gibt Auskunft darüber, wie stark eine Säure ist. Es ist der negative Logarithmus der Gleichgewichtskonstante KS. Je tiefer der pKS-Wert, desto stärker die Säure. Dasselbe gilt auch für den pKB-Wert, je tiefer dieser ist, desto stärker die Base. Bei einem korrespondierenden Säure-Base-Paar gilt: pKS+pKB=14. Hier sieht man auch wieder, dass eine starke Säure eine schwache konjugierte Base hat.
