23Protolysegleichgewichte –Konzentrationsbestimmungen Säure und Base ist in der Chemie ein Begriffspaar wie z.B. die Begriffspaare Addition und Subtraktion sowie Multiplikation und Division in der Mathematik. Was aber eine Säure bzw. eine Base genau ist, darüber hat es im Laufe der Geschichte ganz unterschiedliche Ansichten gegeben (B1). Der saure Geschmack bestimmter Stoffe führte zu der Bezeichnung „Säure“. Aufgrund der stark ätzenden oder sogar toxischen Eigenschaften einiger Säuren konnte der Geschmack nicht das einzige Kriterium der Definition für eine Säure sein. In den Definitionen des Säurebegriffs der letzten 300 Jahre (B1) spiegeln sich jeweils die großen Themen der Chemie wieder, die zu der jeweiligen Zeit im Mittelpunkt standen, beispielsweise die Sauerstofftheorie der Verbrennung (Lavoisier), die Zusammensetzung von Verbindungen einer Stoffklasse (Liebig) und die elektrische Leitfähigkeit von Lösungen (Arrhenius). Die meisten Säuren sind als saure Lösungen bekannt. Viele Säuren sind auch im reinen Zustand flüssig, beispielsweise Essigsäure, Milchsäure, Schwefelsäure und Salpetersäure. Es gibt aber auch feste Säuren, wie Citronensäure und Ascorbinsäure (Vitamin C), und auch gasförmige, beispielsweise Chlorwasserstoff. Mit den Versuchen V1 bis LV4 wird der Frage „Was ist eine Säure?“ nachgegangen und sich der Definition von Brön sted und Lowry als vorläufig beste Definition angeschlossen. Dafür sprechen folgende experimentelle Fakten: – Erst in Wasser gelöst zeigt Citronensäure ihre Säurewirkung, z.B. die Reaktion mit Natriumhydrogencarbonat (V1, V2) und die elektrische Leitfähigkeit (V3). – Im Gegensatz zu reinem Chlorwasserstoff ist die wässrige Lösung von Chlorwasserstoff elektrisch leitfähig, die Lösung von Chlorwasserstoff in Xylol hingegen nicht. – In Xylol gelöster Chlorwasserstoff geht beim Schütteln mit Wasser in die wässrige Phase über und wirkt dort als Säure (LV4b). Demnach sollten Chlorwasserstoff-Moleküle mit Wasser-Molekülen eine Reaktion eingehen, die mit Xylol-Molekülen so gut wie gar nicht abläuft. Von dieser Annahme ausgehend definierte Brön sted eine Säure als einen Stoff, dessen Teilchen Protonen (Wasserstoff-Ionen) abgeben („entbinden“) können, und eine Base als einen Stoff, dessen Teilchen Protonen aufnehmen (binden) können1. Die Kurzform seiner Definitionen lautet: Säuren sind Protonen-Donatoren2, Basen sind Protonen-Akzeptoren3. Reaktionen zwischen Säuren und Basen sind stets mit Protonenübergängen verbunden (B5). Säure-Base-Reaktionen werden Protolysen4 genannt. Säure-Base-Definitionen nach Brönsted 1 Die Begriffe „Säure“ und „Base“ werden sowohl zur Bezeichnung von Stoffen, z.B. Schwefelsäure, als auch zur Bezeichnung ihrer Teilchen, z.B. Schwefelsäure-Molekül, verwendet. Wir müssen jeweils dem Zusammenhang entnehmen, ob vom Stoff oder von den Teilchen die Rede ist. 2 von donare (lat.) = geben, schenken; 3 von accipere (lat.) = annehmen; 4 von lyein (griech.) = lösen. Bei Protolysen werden zwar Protonen von Säure-Teilchen „gelöst“, jedoch nur in dem Maße, wie sie gleichzeitig von einem Base-Teilchen gebunden werden. B4 Saures Sprudelwasser, Brausepulver und Reinigungsmittel für dritte Zähne B5 Protolysen der Säure Salzsäure und der Base Ammoniak. A: Ordnen Sie allen dargestellten Verbindungen begründet die Begriffe Brönsted-Säure bzw. Brönsted-Base zu. Fachbegriffe Protonen-Donator, ProtonenAkzeptor, Protolyse Aufgaben A1 Überprüfen und begründen Sie, ob Essigsäure und Salzsäure gemäß den Definitionen aus B1 als Säuren zu klassifizieren sind. A2 Vergleichen Sie die Definitionen von Arrhenius und Brönsted. H+ HCl + H2O H3O + + Cl – Säure OxoniumIon H+ NH3 + H2O OH – + NH + Base HydroxidIon 4 3377_01_01_2012_Kap1_018_057 23.09.14 06:25 Seite 23 Nu r z u Pr üf zw ec ke n Ei ge nt um d es C .C . B uc hn er V er la gs