Was sind Säuren und Basen?
Säuren schmecken sauer (Zitrone, Tamarinde, Essig) und färben blauen Lackmus rot. Basen schmecken bitter und fühlen sich seifig an; sie färben roten Lackmus blau. Koste niemals Chemikalien im Labor: Diese Eigenschaften lernen wir nur an Lebensmitteln kennen.
Säuren und Basen im Alltag
- Säuren in der Natur: Citronensäure (Zitrone, Orange), Milchsäure (Dickmilch), Essigsäure (Essig), Weinsäure (Tamarinde), Methansäure (Ameisen- und Bienenstich, Brennnessel), Oxalsäure (Tomate).
- Mineralsäuren im Labor: Salzsäure HCl, Schwefelsäure H₂SO₄, Salpetersäure HNO₃.
- Basen: Natriumhydroxid NaOH, Kaliumhydroxid KOH, Calciumhydroxid Ca(OH)₂ (Kalkwasser), Magnesiumhydroxid Mg(OH)₂ (Magnesiamilch), Ammoniumhydroxid NH₄OH.
Eine Base, die sich in Wasser löst, heißt Lauge (NaOH, KOH, Ca(OH)₂, NH₄OH). Alle Laugen sind Basen, aber nicht alle Basen sind Laugen: Kupferoxid ist eine Base, die sich nicht löst.
Indikatoren: natürliche, synthetische und Geruchsindikatoren
Ein Indikator ist ein Stoff, der seine Farbe (oder seinen Geruch) ändert und uns so zeigt, ob eine Lösung sauer oder basisch ist.
| Indikator | In Säure | In Base |
|---|---|---|
| Lackmus (aus Flechten) | blau → rot | rot → blau |
| Phenolphthalein | farblos | pink |
| Methylorange | rot | gelb |
| Kurkuma | bleibt gelb | rotbraun |
| Rotkohlsaft | rot/rosa | grün |
Geruchsindikatoren
Manche Stoffe ändern ihren Geruch. Zwiebel und Nelkenöl verlieren ihren Geruch in einer Base; auch Vanilleessenz verliert ihren Geruch in einer Base, behält ihn aber in einer Säure. Das hilft Menschen, die keine Farben sehen können.
Ein gelber Kurkuma-Currysfleck wird rotbraun, wenn man ihn mit Seife auswäscht, denn Seife ist basisch. Wäscht man ihn danach mit klarem Wasser nach, kommt das Gelb langsam wieder zurück.
Chemische Eigenschaften von Säuren und Basen
1. Säure + Metall → Salz + Wasserstoff
Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂↑. Das Gas brennt an einem brennenden Holzspan mit einem Knall: So weist man Wasserstoff nach.
2. Base + Metall (nur bei manchen Metallen)
2NaOH + Zn → Na₂ZnO₂ (Natriumzinkat) + H₂↑. Nicht jedes Metall reagiert so.
3. Säure + Metallcarbonat / Hydrogencarbonat → Salz + Wasser + Kohlenstoffdioxid
Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂O + CO₂↑ und NaHCO₃ + HCl → NaCl + H₂O + CO₂↑. CO₂ trübt Kalkwasser milchig (es entsteht CaCO₃); mit zu viel CO₂ wird es wieder klar (lösliches Ca(HCO₃)₂).
4. Säure + Base → Salz + Wasser (Neutralisation)
NaOH + HCl → NaCl + H₂O. Die frei werdende Wärme zeigt, dass die Reaktion exotherm ist.
5. Säure + Metalloxid → Salz + Wasser
CuO + 2HCl → CuCl₂ + H₂O. Das schwarze Kupferoxid löst sich und die Lösung wird blaugrün. Metalloxide sind also basisch.
6. Base + Nichtmetalloxid → Salz + Wasser
Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O. Nichtmetalloxide sind also sauer.
Was haben alle Säuren und alle Basen gemeinsam?
Auch Glucose und Alkohol enthalten Wasserstoff, sind aber keine Säuren. Der Unterschied: Eine Säure gibt in Wasser H⁺-Ionen ab. H⁺ kann nicht allein bleiben, deshalb verbindet es sich mit einem Wassermolekül zum Hydronium-Ion H₃O⁺: HCl + H₂O → H₃O⁺ + Cl⁻.
Eine Base gibt in Wasser OH⁻-Ionen ab: NaOH → Na⁺ + OH⁻.
Beweis mit einem Stromkreis: Eine Glühlampe leuchtet, wenn verdünnte HCl oder H₂SO₄ zwischen zwei Elektroden ist, aber nicht bei Glucose- oder Alkohollösung. Ionen transportieren den Strom.
Warum Wasser nötig ist: Trockenes HCl-Gas verändert trockenes blaues Lackmuspapier nicht, feuchtes Lackmuspapier wird aber rot, denn H⁺-Ionen entstehen nur in Wasser.
Säuren sicher verdünnen
Das Mischen einer Säure oder Base mit Wasser setzt viel Wärme frei. Gib immer die Säure ins Wasser, langsam und unter Rühren, niemals Wasser in die Säure: Die Hitze kann das Gemisch verspritzen und sogar das Glas springen lassen.
Neutralisation mit Ionen beschrieben
H⁺ + OH⁻ → H₂O. Die anderen Ionen (Na⁺, Cl⁻) bleiben als Salz zurück.
Wichtige Formeln und Definitionen
- Säure in Wasser: HCl + H₂O → H₃O⁺ + Cl⁻
- Base in Wasser: NaOH → Na⁺ + OH⁻
- Säure + Metall → Salz + H₂
- Säure + Carbonat/Hydrogencarbonat → Salz + H₂O + CO₂
- Säure + Base → Salz + Wasser (Neutralisation): H⁺ + OH⁻ → H₂O
- Metalloxid + Säure → Salz + Wasser (Metalloxide sind basisch)
- Nichtmetalloxid + Base → Salz + Wasser (Nichtmetalloxide sind sauer)
Gelöste Beispiele
1. Zinkgranalien werden in verdünnte Schwefelsäure gegeben. Welches Gas entsteht und wie weist man es nach?
Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂. Das Gas ist Wasserstoff. Halte einen brennenden Holzspan an die Öffnung des Reagenzglases: Das Gas verbrennt mit einem Knall.
2. Warum verdirbt Dickmilch (Curd) oder eingelegtes Gemüse in einem Gefäß aus Messing oder Kupfer im Geschmack?
Dickmilch und Eingelegtes enthalten Säuren. Säuren reagieren mit Metallen wie Kupfer und Zink (im Messing) zu Salzen, die schädlich sind und schlecht schmecken. Deshalb bewahrt man sie in Glas, Edelstahl oder Keramik auf.
3. Die Metallverbindung A reagiert mit verdünnter HCl zu einem Gas, das Kalkwasser milchig trübt. Die übrig bleibende Lösung enthält Calciumchlorid. Bestimme A und schreibe die Gleichung auf.
Das Gas ist CO₂, also ist A ein Carbonat; das Salz ist CaCl₂, also ist das Metall Calcium. A = CaCO₃. CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂.
4. Eine Probe Kupferoxid ist schwarz. Verdünnte HCl wird zugegeben. Was siehst du und was beweist das?
Das schwarze Pulver löst sich und die Lösung wird blaugrün (CuCl₂). CuO + 2HCl → CuCl₂ + H₂O. Weil ein Metalloxid mit einer Säure zu Salz und Wasser reagiert, sind Metalloxide basisch.
5. Warum färbt trockenes HCl-Gas trockenen blauen Lackmus nicht rot?
Das saure Verhalten kommt von H⁺-Ionen, und HCl gibt H⁺ nur in Wasser ab. Ohne Wasser gibt es keine H⁺-Ionen, also keine Farbänderung. Feuchter Lackmus wird rot.
Häufige Fehler
- Zu sagen, jede Verbindung mit Wasserstoff sei eine Säure. Glucose (C₆H₁₂O₆) und Alkohol enthalten Wasserstoff, geben aber in Wasser keine H⁺-Ionen ab.
- Wasser in konzentrierte Säure zu gießen. Gib die Säure immer langsam unter Rühren ins Wasser.
- Zu denken, alle Basen seien Laugen. Nur Basen, die sich in Wasser lösen, sind Laugen.
- Zu schreiben, Phenolphthalein werde in Säure pink. In Säure und in neutralen Lösungen ist es farblos, nur in Basen ist es pink.