Chemische Reaktionen, Säuren, Basen und pH-Wert: Eine umfassende Übersicht

1. Zersetzungsreaktionen

Schema einer Zersetzungsreaktion: A → B + C + ...

Zersetzungsreaktionen sind Reaktionen, bei denen ein Stoff durch Energiezufuhr in einfachere Stoffe zerlegt wird. Es gibt zwei Arten:

• Thermische Zersetzung: Wärmezufuhr. Beispiel: 2Ag₂O → 4Ag + O₂
• Elektrolytische Zersetzung: Energiezufuhr durch elektrischen Strom. Beispiel: CaCl₂ → Ca + Cl₂

2. Synthesereaktionen

Schema: A + B + C + ... → D

Synthesereaktionen sind Reaktionen, bei denen zwei oder mehrere einfache Substanzen (Elemente oder Verbindungen) zu einer einzigen Verbindung reagieren.

3. Substitutionsreaktionen

Schema: A + BC → AC + B

Bei Substitutionsreaktionen wird ein Element in einem Reaktanten durch ein anderes Element ersetzt. Es gibt zwei Arten:

• Einfache Substitution: Ein Element ersetzt ein Element in einer Verbindung. Beispiel: C + 2CuO → 2Cu + CO₂
• Doppelte Substitution: Zwei Verbindungen reagieren, wobei Elemente zwischen den Verbindungen ausgetauscht werden. Es gibt zwei Unterarten:
  • Zwischen zwei Salzen: AgNO₃ + NaI → NaNO₃ + AgI
  • Zwischen einer Säure und einer Base: NaOH + HCl → NaCl + H₂O

4. Verbrennungsreaktionen

Verbrennungsreaktionen sind Reaktionen zwischen einem Brennstoff und Sauerstoff, bei denen schnell viel Energie in Form von Licht und Wärme freigesetzt wird. Beispiel: CH₄(g) + 2O₂(g) → CO₂(g) + 2H₂O(l) + 890,3 kJ

Unvollständige Verbrennung: Reaktionen mit begrenzter Sauerstoffzufuhr. Beispiel: C(s) + ½ O₂(g) → CO(g) + 110,5 kJ

Hinweis: Reaktionen zwischen Metallen und Sauerstoff sowie Stoffwechselreaktionen in Zellen gelten nicht als Verbrennungen.

5. Säuren und Basen

Säuren und Basen sind Stoffe, die seit der Antike bekannt sind. Eigenschaften von Säuren:

• Saurer Geschmack (z.B. Zitrone, Essig)
• Reaktion mit Metallen unter Freisetzung von Wasserstoff
• Reaktion mit Carbonaten unter Freisetzung von CO₂
• Leitfähigkeit in wässriger Lösung
• Neutralisation von Basen
• Farbänderung bei pflanzlichen Pigmenten und Blaufärbung von rotem Lackmuspapier

Eigenschaften von Basen:

• Bitterer Geschmack
• Glatte, seifige Haptik
• Leitfähigkeit in wässriger Lösung
• Neutralisation von Säuren
• Farbänderung bei pflanzlichen Pigmenten und Rotfärbung von blauem Lackmuspapier

6. Chemisches Verhalten von Säuren und Basen

Der schwedische Chemiker Arrhenius erklärte die Leitfähigkeit von Säuren und Basen durch die Existenz von positiven und negativen Ionen in wässrigen Lösungen aufgrund der Dissoziation von Molekülen.

• Säuren sind Stoffe, die in wässriger Lösung H⁺-Ionen bilden.
• Basen sind Stoffe, die in wässriger Lösung OH^--Ionen bilden.

Säuren und Basen können sein:

• Stark: Dissoziieren in Wasser fast vollständig in Ionen (viele H⁺- bzw. OH^--Ionen).
• Schwach: Dissoziieren in Wasser nur teilweise oder reagieren mit Wasser (wenige H⁺- bzw. OH^--Ionen).

7. Indikatoren und pH-Wert

Indikatoren sind Stoffe, die durch Farbänderung die Säure oder Basizität einer Lösung anzeigen.

Der pH-Wert einer Lösung ist ein numerischer Wert (1-14), der die Konzentration von H⁺(aq) angibt.

Vergleichsmaßstab: Reines Wasser (neutral) mit pH = 7.

• Saure Lösungen: pH < 7 (H⁺-Konzentration > OH^--Konzentration)
• Basische Lösungen: pH > 7 (H⁺-Konzentration < OH^--Konzentration)

Universalindikatorpapier: Mit verschiedenen Indikatoren getränktes Papier.

8. Neutralisationsreaktionen

Neutralisation ist die Reaktion von H⁺-Ionen einer Säure mit OH^--Ionen einer Base zu Wasser (H₂O).

Bei einer Neutralisationsreaktion reagiert eine Säure mit einer Base zu einer wässrigen Lösung eines Salzes. Die Produkte haben andere Eigenschaften als die Ausgangsstoffe.

Berechnungen zur Neutralisation: Bei der Neutralisation muss die Anzahl der H⁺-Ionen der Säure gleich der Anzahl der OH^--Ionen der Base sein. Bei bekannter Konzentration und Menge eines Stoffes kann die unbekannte Größe berechnet werden.