Grundlagen der Säuren, Basen, pH-Wert und Neutralisation

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Geschrieben am 24. Juni 2025 in Deutsch mit einer Größe von 4,16 KB

Säuren: Eigenschaften

Säuren sind Protonen-Donatoren (nach Brønsted-Lowry).
In Wasser dissoziieren sie und bilden Ionen, wodurch die Lösung elektrischen Strom leitet (Elektrolyt).
Bei der Reaktion mit einer Base verlieren sie ihre sauren Eigenschaften (Neutralisation).
Sie verändern die Farbe bestimmter Säure-Base-Indikatoren.
Bei der Reaktion mit unedlen Metallen (z. B. Zink) wird Wasserstoffgas (H₂) freigesetzt.

Basen sind Protonen-Akzeptoren (nach Brønsted-Lowry) oder bilden Hydroxid-Ionen (OH⁻) in Wasser (nach Arrhenius).
Sie fühlen sich seifig an.
In Wasser dissoziieren sie und bilden Ionen, wodurch die Lösung elektrischen Strom leitet (Elektrolyt).
Bei der Reaktion mit einer Säure verlieren sie ihre basischen Eigenschaften (Neutralisation) und verändern die Farbe bestimmter Säure-Base-Indikatoren.

Binäre Säuren: Von den Halogenwasserstoffsäuren (HX) sind nur Salzsäure (HCl), Bromwasserstoffsäure (HBr) und Iodwasserstoffsäure (HI) starke Säuren. Flusssäure (HF) ist eine schwache Säure.
Hydroxide: Hydroxide von Alkalimetallen (z. B. NaOH, KOH) und einigen Erdalkalimetallen (z. B. Ca(OH)₂) sind starke Basen.
Konjugierte Säure-Base-Paare: Die Stärke einer Säure und ihrer konjugierten Base verhalten sich umgekehrt proportional. Eine starke Säure hat eine sehr schwache konjugierte Base, und eine schwache Säure hat eine relativ starke konjugierte Base.

Wasser unterliegt einer Autoprotolyse: H₂O ⇌ H⁺ + OH⁻
Das Ionenprodukt des Wassers ist Kw = [H⁺] * [OH⁻].
Bei 25°C beträgt Kw = 1,0 * 10⁻¹⁴ mol²/L².
In reinem Wasser sind die Konzentrationen von H⁺ und OH⁻ gleich ([H⁺] = [OH⁻] = 1,0 * 10⁻⁷ mol/L bei 25°C).
Bei Zugabe einer Säure oder Base ändern sich die individuellen Konzentrationen von H⁺ und OH⁻, aber ihr Produkt Kw bleibt konstant (solange die Temperatur konstant ist).

Säure-Base-Indikatoren: Dies sind Stoffe, die in Abhängigkeit vom pH-Wert ihre Farbe ändern. Jeder Indikator hat einen spezifischen pH-Bereich, in dem der Farbwechsel stattfindet.
pH-Papier oder Universalindikatoren: Diese zeigen den pH-Wert durch einen Farbvergleich über einen breiteren Bereich an (z. B. pH 1-14).
pH-Meter: Ein elektronisches Gerät zur präzisen Messung des pH-Werts.
Berechnung: Der pH-Wert kann aus der Konzentration der H⁺-Ionen berechnet werden (pH = -log[H⁺]).

Eine Pufferlösung (oder Puffer) ist eine Lösung, die pH-Wert-Änderungen widersteht, selbst bei Zugabe geringer Mengen einer Säure oder Base.
Pufferlösungen bestehen typischerweise aus:
- Einer schwachen Säure und ihrer korrespondierenden (konjugierten) Base (z. B. Essigsäure (CH₃COOH) und Natriumacetat (CH₃COONa)).
- Einer schwachen Base und ihrer korrespondierenden (konjugierten) Säure (z. B. Ammoniak (NH₃) und Ammoniumchlorid (NH₄Cl)).

Neutralisation: Die Reaktion einer Säure mit einer Base, bei der Wasser und ein Salz entstehen.
Titration: Eine kontrollierte Neutralisation im Labor, die verwendet wird, um die unbekannte Konzentration einer Säure oder Base zu bestimmen.
Verfahren: Eine Lösung bekannter Konzentration (Maßlösung) wird schrittweise aus einer Bürette zu einer Lösung unbekannter Konzentration in einem Erlenmeyerkolben gegeben. Ein Säure-Base-Indikator wird der unbekannten Lösung hinzugefügt. Der Endpunkt der Titration ist erreicht, wenn der Indikator einen Farbumschlag zeigt, der die Neutralisation (Äquivalenzpunkt) anzeigt.