Durch den sauren Regen zerstörtes Kunstwerk

Ausgehend von Kunstwerken an Außenfassaden, die durch den sauren Regen zerstört wurden, klärt diese Folge von Telekolleg Chemie die Eigenschaften und die Zusammensetzung von Säuren und Basen. Sie gliedert sich in fünf Sequenzen.

Verdünnte Säuren und unedle Metalle

Am Beispiel der Schwefelsäure (H₂SO₄), der Salzsäure (HCl) sowie der Essigsäure (CH₃COOH) wird in Experimenten demonstriert, dass sowohl anorganische als auch organische Säuren in verdünnter Form mit unedlen Metallen unter Gasentwicklung (Wasserstoff) reagieren. Bestimmte Säuren - wie das sogenannte Königswasser, das aus einer Mischung von konzentrierter Salz- und Salpetersäure besteht - lösen allerdings auch Edelmetalle wie das Gold auf.

Säuren färben Lackmus rot

Nachweis von Fruchtsäure mit Lackmuspapier

In mehreren Experimenten wird gezeigt, dass die wässrige Lösung des Pflanzenfarbstoffs Lackmus sich durch Säuren von Blau nach Rot verfärbt. Auch mit Lackmuspapier kann man Säuren nachweisen. So kommt es - etwa bei der Reaktion von Lackmus mit Zitronensäure oder Essigsäure sowie mit Salz- und Schwefelsäure - zu diesem Farbumschlag. Siehe auch das Bild ganz oben: Nachweis von Essigsäure mit Lackmuspapier.

Zusammensetzung von Säuren

Wie die Formeln von Schwefelsäure, Salzsäure und Essigsäure erkennen lassen, enthält diese Stoffgruppe immer Wasserstoff im Molekül.

Chemischer Aufbau von Säuren

Allerdings bewirkt allein der Besitz von Wasserstoff noch nicht den Säurecharakter. Der experimentelle Vergleich von Wasserstoff (H₂), Natriumhydrid (NaH) und Salzsäure (HCl) macht dies deutlich. Während Wasserstoff mit Lackmus neutral reagiert, zeigt Natriumhydrid in Wasser eine basische Reaktion:

Natriumhydrid (NaH) in Wasser färbt Lackmus blau, reagiert also basisch.

Es färbt roten Lackmus blau. Salzsäure wiederum zeigt bekanntermaßen sauren Charakter, weshalb blauer Lackmus nach Rot umschlägt. Ein Schema belegt, dass man dieses unterschiedliche Verhalten durch die Elektronegativität der einzelnen in den Verbindungen enthaltenen Elemente erklären kann.

Unterschiedliche Differenzen der Elektronegativitäten

Durch sie entstehen beim Natriumhydrid und bei der Salzsäure polarisierte Moleküle (Dipole). Die Sequenz schließt mit der Feststellung, dass Säuren Stoffe sind, bei denen der polarisierte Wasserstoff eine positive Ladung trägt.

Säure-Base-Begriff

Hohe elektrische Ladungsdichte beim Proton

Ein Atommodell macht klar, dass der positiv geladene Wasserstoff ein Ion darstellt, das eine hohe elektrische Ladungsdichte besitzt und sich daher stets an andere Teilchen anschließt oder auch den Partner wechselt. Ein Experiment belegt dies:

Chlorwasserstoff in Wasser leitet den elektrischen Strom.

Weder Chlorwasserstoff (Hydrogenchlorid) noch Wasser leiten den elektrischen Strom. Gibt man beide Stoffe aber zusammen, kann man beobachten, dass Lackmus sich rot färbt und dass jetzt Strom fließt. Dass sich dabei bewegliche Ladungsträger bilden, erklärt ein Reaktionsschema - siehe unten stehendes Video.

Bei diesem als Protolyse bezeichneten Vorgang gibt Chlorwasserstoff ein Proton (H+) ab und wird zum Chlorid-Ion (Cl–). Andererseits nimmt Wasser das Proton auf und wird dadurch zum Hydronium-Ion (H₃O+). Daraus leitet sich die allgemeine Definition für Säuren als Protonendonatoren und für Basen als Protonenakzeptoren ab. Die Sequenz endet mit einer kurzen Betrachtung über das Entstehen von korrespondierenden Säure-Base-Paaren.

Ampholyte

Ammoniak löst sich in Wasser ("Springbrunnenversuch").

Die letzte Sequenz beginnt mit einem sogenannten Springbrunnenversuch, bei dem Ammoniak (NH₃) sehr heftig mit Wasser reagiert. Ein Reaktionsschema erklärt die dabei ablaufenden chemischen Vorgänge, durch die Ammoniak unter Aufnahme von einem Proton zum Ammonium-Ion (NH₄⁺) und Wasser durch die Abgabe des Protons zum Hydroxid-Ion (OH^–) wird.

Wasser als Säure - klicken Sie bitte auf die Lupe.

Da Wasser in Abhängigkeit vom jeweiligen Reaktionspartner sowohl als Säure (Protonenspender) als auch als Base (Potonenempfänger) auftreten kann, wird es als Ampholyt bezeichnet.