Säuren und Basen: Eigenschaften, Theorien und pH-Messung

Eigenschaften von Säuren

• Geschmack: Lösungen mit einem sauren Geschmack.
• Reaktion mit Kalk: Sie greifen Marmor (CaCO3) und anderes Kalkgestein an.
• Reaktion mit Metallen: Metalle reagieren unter Wasserstoffentwicklung.
• Zersetzung: Konzentrierte Lösungen zerstören organische Substanzen.
• Leitfähigkeit: Sie leiten den elektrischen Strom.
• Neutralisation: Sie neutralisieren Basen und produzieren dabei Salze.
• Indikatoren: Sie färben Säure-Base-Indikatoren rot.

Eigenschaften von Basen

• Geschmack: Lösungen mit einem bitteren Geschmack.
• Seifenbildung: Sie reagieren mit Fetten zu Seifen; auf der Haut fühlen sie sich seifig an.
• Feststoffe: Sie erzeugen unlösliche Feststoffe mit Metallen.
• Zersetzung: In konzentrierter Form zerstören sie organisches Material.
• Leitfähigkeit: Sie leiten den elektrischen Strom.
• Neutralisation: Sie neutralisieren Säuren und produzieren dabei Salze.
• Indikatoren: Sie färben Säure-Base-Indikatoren blau.

Theorie der ionischen Dissoziation nach Arrhenius

Im Jahr 1884 postulierte Arrhenius (1859–1927) in seiner Theorie der ionischen Dissoziation die Existenz von negativ und positiv geladenen Ionen, um die elektrische Leitfähigkeit in Lösungen von Säuren, Basen und Salzen zu erklären.

Einschränkungen der Arrhenius-Theorie

• Sie ist auf wässrige Lösungen beschränkt.
• Es gibt Stoffe (z. B. NH3), die keine OH-Ionen besitzen, aber dennoch basische Eigenschaften aufweisen.
• Sie erklärt nicht, warum einige Salzlösungen saure oder basische Eigenschaften haben.
• Es gibt ionische Spezies, die saure Eigenschaften besitzen.
• Neutralisationen können auch in der Gasphase stattfinden.

Brönsted-Lowry-Theorie: Konjugierte Säure-Base-Paare

Im Jahr 1923 schlugen Brönsted und Lowry ein erweitertes Konzept für Säuren und Basen vor. In dieser Theorie werden Säuren und Basen als konjugierte Paare betrachtet. Diese Reaktionen werden als Protonentransfer-Reaktionen bezeichnet. Die Einschränkung besteht darin, dass sie die Art von Säuren ohne Protonen in ihrer chemischen Formel nicht erklärt.

Lewis-Säure-Base-Theorie

Ebenfalls 1923 führte Lewis eine neue Theorie ein, die auf der Bildung kovalenter Bindungen durch Elektronenpaare basiert.

Wichtige starke Säuren

Wichtig: HClO4, HI, HBr, HCl, HNO3 und H2SO4.

Säure-Base-Indikatoren

Dies sind Substanzen, die ihre Farbe in Lösungen je nach pH-Wert ändern. Indikatoren sind meist schwache organische Säuren oder Basen, die im Gleichgewicht mit ihrer konjugierten Form stehen.

• Methylorange: pH 2 → rot, pH 7 → orange.
• Phenolphthalein: pH 6 → farblos, pH 10 → rosa.

Messung des pH-Werts mit dem pH-Meter

Um den exakten pH-Wert einer Lösung zu bestimmen, verwendet man ein pH-Meter. Dieses Instrument besteht aus einer Glaselektrode, die empfindlich auf Änderungen der Protonenkonzentration reagiert.