Zitronensaft, Essig, Seife, Backpulver: Säuren und Basen begegnen uns täglich in Küche und Bad. Im Chemieunterricht werden sie meist in Klasse 9 oder 10 behandelt und in der Oberstufe mit Gleichgewichten und Titrationen vertieft. Die Grundlagen lassen sich gut verstehen, wenn man weiß, worum es eigentlich geht: um Protonen.
Nach der Definition von Brønsted ist eine Säure ein Teilchen, das Protonen (H⁺-Ionen) abgibt – ein Protonendonator. Eine Base ist ein Teilchen, das Protonen aufnimmt – ein Protonenakzeptor. Säure-Base-Reaktionen sind also Protonenübertragungen.
Beispiel: Chlorwasserstoff reagiert mit Wasser. HCl + H₂O → H₃O⁺ + Cl⁻. HCl gibt ein Proton ab (Säure), Wasser nimmt es auf (Base). Es entstehen Oxonium-Ionen (H₃O⁺), die für die saure Wirkung verantwortlich sind.
Wässrige Lösungen von Basen nennt man Laugen. Sie enthalten Hydroxid-Ionen (OH⁻).
Der pH-Wert gibt an, wie sauer oder basisch eine Lösung ist. Die Skala reicht meist von 0 bis 14: unter 7 sauer, 7 neutral, über 7 basisch (alkalisch). Mathematisch ist der pH-Wert der negative dekadische Logarithmus der Oxonium-Ionen-Konzentration: pH = –lg c(H₃O⁺).
Wichtig: Die Skala ist logarithmisch. Eine Lösung mit pH 3 ist zehnmal saurer als eine mit pH 4 und hundertmal saurer als eine mit pH 5.
Indikatoren sind Farbstoffe, die je nach pH-Wert ihre Farbe ändern. Universalindikator zeigt die ganze Skala von Rot (sauer) über Grün (neutral) bis Violett (basisch). Auch Rotkohlsaft ist ein natürlicher Indikator – ein beliebter Versuch für zu Hause.
Reagieren eine Säure und eine Lauge miteinander, heben sich ihre Wirkungen auf. Dabei bilden die Oxonium- und Hydroxid-Ionen Wasser: H₃O⁺ + OH⁻ → 2 H₂O. Aus den übrigen Ionen entsteht ein Salz. Beispiel: Salzsäure + Natronlauge → Natriumchlorid (Kochsalz) + Wasser.
Bei starken Säuren wie Salzsäure gibt jedes Molekül sein Proton ab. Eine Salzsäure mit c = 0,01 mol/l hat also c(H₃O⁺) = 0,01 mol/l und pH = –lg 0,01 = 2. Bei schwachen Säuren wie Essigsäure ist die Berechnung komplizierter, weil nur ein Teil der Moleküle reagiert – das ist Thema der Oberstufe.
Konzentrierte Säuren und Laugen sind ätzend. Im Labor gilt: Schutzbrille tragen, und beim Verdünnen immer die Säure ins Wasser geben, nicht umgekehrt („Erst das Wasser, dann die Säure, sonst geschieht das Ungeheure“).
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