2.2 Säure und saure Lösung 29 Schwefelsäure und Schwefelsäure-Lösung Wasserstoffchlorid bildet in wässriger Lösung Oxoniumund ChloridIonen (B1; vgl. S. 26, 27). LV1 zeigt, dass auch Schwefelsäure mit Wasser unter großer Wärmeentwicklung Ionen bildet: H2SO4(l) + H2O(l) H3O +(aq) + HSO4 –(aq) (1) Oxonium-Ion Hydrogensulfat-Ion Schwefelsäure-Moleküle reagieren danach mit Wasser-Molekülen zu Oxonium-Ionen und zu Hydrogensulfat-Ionen. Die Oxonium-Ionen sind die Teilchen, die die Salzsäure und die Schwefelsäure-Lösung gemeinsam haben und die den sauren Geschmack verursachen, den man z.B. von der Zitronensäure kennt (wichtig: in der Chemie sind Geschmacksproben nicht zu empfehlen; im Chemieunterricht sind sie grundsätzlich verboten). Außer einem sauren Ge schmack haben Säure-Lösungen bzw. saure Lösungen eine Reihe weiterer Eigenschaften, die man als saure Reaktion bezeichnet. Eine dieser Eigenschaften ist die Fähigkeit, bestimmte Pflanzenfarbstoffe umzufärben. Diese Farbstoffe nennt man Indikatoren1 (V2). In der Chemie verwendet man als Indikator-Lösung häufig eine LackmusLösung. Die Natriumchlorid-Lösung in V3 zeigt im Gegensatz zur Wasserstoffchlorid-Lösung keine saure Reaktion. Dies bestätigt, dass für die saure Reaktion der Wasserstoffchlorid-Lösung die Oxonium-Ionen H3O +, und nicht die Chlorid-Ionen Cl–, der Lösung verantwortlich sind. Saure Lösungen färben Lackmus rot. Protonendonatoren Die gemeinsame Eigenschaft von Wasserstoffchlorid HCl und Schwefelsäure H2SO4 (vgl. Gleichung 1) ist die Fähigkeit ihrer Mole küle, gegen über Wasser-Molekülen als Protonenspender zu wirken. Allgemein kann man sagen: Säuren sind Protonendonatoren2. Das Ergebnis der Protolyse zwischen Säureund Wasser-Molekülen ist eine saure Lösung, in der Oxonium-Ionen vorliegen. In V4b reagiert eine wässrige Natriumhydrogensulfat-Lösung, eine Salzlösung, sauer: 1. Hydratation: NaHSO4(s) Na +(aq) + HSO4 –(aq) 2. Protolyse: HSO4 –(aq) + H2O(l) H3O +(aq) + SO4 2–(aq) (2) Hydrogensulfat-Ion Sulfat-Ion Als Säure (Protonendonator) können nach (2) auch negativ geladene Ionen, die Wasserstoff-Atome enthalten, (hier: HSO4 –) wirken. Die Summe der Gleichungen (1) und (2) ergibt die Gleichung für die vollständige Protolyse (B3) des Schwefelsäure-Moleküls H2SO4: H2SO4(l) + 2H2O(l) 2H3O +(aq) + SO4 2–(aq) Schwefelsäure Schwefelsäure-Lösung 1 von indicare (lat.) = anzeigen; 2 von donare (lat.) = geben, schenken B4 Die zweistufige Protolyse des Schwefelsäure-Moleküls (Formelgleichungen und Kalottenmodelle). Das SchwefelsäureMolekül enthält zwei abspaltbare Protonen. Man bezeichnet das SchwefelsäureMolekül als zweiprotonige Säure. Schlüsselbegriffe saure Reaktion, Indikator, Protonendonator N u r zu P rü fz w c k e n E ig e n tu m d s C .C . B u c h n e r V e rl a g s