Die Säure-Base-Reaktion ist ein chemischer Prozess, bei dem ein oder mehrere Wasserstoffionen (H+) zwischen neutralen (Moleküle wie Wasser (H2O) oder Essigsäure (CH3CO2H)) oder elektrisch geladenen (Ionen wie Ammonium (NH4+), Hydroxid (OH-) oder Carbonat (CO32-)) Spezies ausgetauscht werden. Er umfasst auch das analoge Verhalten von Molekülen und Ionen, die sauer sind, aber keine Wasserstoffionen abgeben (Aluminiumchlorid, AlCl3, und das Silberion AG+).
Martin Walker
Was sind Säuren und Basen?
Säuren sind Stoffe, die ein oder mehrere Wasserstoffatome enthalten, die in Lösung als positiv geladene Wasserstoffionen abgegeben werden. Eine Säure in wässriger Lösung schmeckt sauer, färbt blaues Lackmuspapier rot, reagiert mit einigen Metallen (z.B. Eisen) unter Freisetzung von Wasserstoff, reagiert mit Basen unter Bildung von Salzen und fördert bestimmte chemische Reaktionen (Säurekatalyse). Basen sind Stoffe, die bitter schmecken und die Farbe von rotem Lackmuspapier nach Blau verändern. Basen reagieren mit Säuren zu Salzen und fördern bestimmte chemische Reaktionen (Basenkatalyse).
Wie werden Säuren und Basen gemessen?
Säuren und Basen wird je nach ihrer relativen Stärke ein Wert zwischen 0 und 14, der pH-Wert, zugeordnet. Reines Wasser, das neutral ist, hat einen pH-Wert von 7. Eine Lösung mit einem pH-Wert unter 7 gilt als sauer, eine Lösung mit einem pH-Wert über 7 als basisch oder alkalisch. Starke Säuren haben eine höhere Konzentration an Wasserstoffionen und erhalten Werte, die näher bei 0 liegen. Umgekehrt haben starke Basen eine höhere Konzentration an Hydroxidionen und erhalten Werte, die näher bei 14 liegen. Schwächere Säuren und Basen liegen näher am pH-Wert von 7 als ihre stärkeren Pendants.
Was passiert bei einer Säure-Base-Reaktion?
Eine Säure-Base-Reaktion ist eine Art von chemischer Reaktion, bei der ein oder mehrere Wasserstoffionen (H+) zwischen Spezies ausgetauscht werden, die neutral (Moleküle, z. B. Wasser, H2O) oder elektrisch geladen (Ionen, z. B. Ammonium, NH4+; Hydroxid, OH-; oder Carbonat, CO32-) sein können. Er umfasst auch ähnliche Prozesse, die bei Molekülen und Ionen auftreten, die sauer sind, aber keine Wasserstoffionen abgeben.
Wie neutralisieren sich Säuren und Basen gegenseitig (oder heben sich gegenseitig auf)?
Die verschiedenen Reaktionen führen zu unterschiedlichen Ergebnissen. Reaktionen zwischen starken Säuren und starken Basen zersetzen sich im Wasser vollständiger in Wasserstoffionen (Protonen, positiv geladene Ionen) und Anionen (negativ geladene Ionen). Bei einer schwachen Säure und einer schwachen Base wird die Neutralisierung eher als direkter Protonentransfer von der Säure zur Base angesehen. Ist einer der Reaktanten im Überschuss vorhanden, kann die Reaktion ein Salz (oder dessen Lösung) ergeben, das je nach Stärke der miteinander reagierenden Säuren und Basen sauer, basisch oder neutral sein kann.
Säuren sind chemische Verbindungen, die in wässriger Lösung einen scharfen Geschmack, eine ätzende Wirkung auf Metalle und die Fähigkeit aufweisen, bestimmte blaue Pflanzenfarben rot zu färben. Basen sind chemische Verbindungen, die sich in Lösung seifig anfühlen und rote Pflanzenfarbstoffe blau färben. Wenn sie gemischt werden, neutralisieren sich Säuren und Basen gegenseitig und bilden Salze, Stoffe mit salzigem Geschmack, die weder die charakteristischen Eigenschaften von Säuren noch von Basen aufweisen.
Die Vorstellung, dass einige Stoffe Säuren und andere Basen sind, ist fast so alt wie die Chemie, und die Begriffe Säure, Base und Salz tauchen schon sehr früh in den Schriften der mittelalterlichen Alchemisten auf. Säuren waren wahrscheinlich die ersten, die erkannt wurden, offenbar wegen ihres sauren Geschmacks. Das englische Wort acid, das französische acide, das deutsche Säure und das russische kislota sind alle von Wörtern abgeleitet, die sauer bedeuten (lateinisch acidus, deutsch sauer, altnordisch sūur und russisch kisly). Andere Eigenschaften, die schon früh mit Säuren in Verbindung gebracht wurden, waren ihre lösende oder ätzende Wirkung, ihre Wirkung auf pflanzliche Farbstoffe und das Sprudeln, das bei der Anwendung von Säuren auf Kreide auftritt (Erzeugung von Kohlendioxidgasblasen). Basen (oder Alkalien) zeichneten sich vor allem durch ihre Fähigkeit aus, Säuren zu neutralisieren und Salze zu bilden, wobei letztere eher grob als kristalline, wasserlösliche Substanzen mit salzigem Geschmack beschrieben wurden.
Trotz ihrer Ungenauigkeit dienten diese Vorstellungen dazu, eine beträchtliche Anzahl von qualitativen Beobachtungen zu korrelieren, und viele der gebräuchlichsten chemischen Stoffe, denen die frühen Chemiker begegneten, konnten als Säuren (Salz-, Schwefel-, Salpeter- und Kohlensäure), Basen (Soda, Pottasche, Kalk, Ammoniak) oder Salze (Kochsalz, Salmiak, Salpeter, Alaun, Borax) klassifiziert werden. Das Fehlen einer offensichtlichen physikalischen Grundlage für die betreffenden Phänomene erschwerte quantitative Fortschritte beim Verständnis des Säure-Basen-Verhaltens, aber die Fähigkeit einer bestimmten Menge an Säure, eine bestimmte Menge an Base zu neutralisieren, war eines der ersten Beispiele für chemische Äquivalenz: die Vorstellung, dass ein bestimmtes Maß eines Stoffes in gewissem chemischen Sinne gleich einer anderen Menge eines zweiten Stoffes ist. Außerdem fand man schon früh heraus, dass eine Säure durch eine andere Säure aus einem Salz verdrängt werden kann, was es ermöglichte, die Säuren in einer ungefähren Reihenfolge ihrer Stärke anzuordnen. Es wurde auch bald klar, dass viele dieser Verdrängungen je nach Versuchsbedingungen in beide Richtungen erfolgen konnten. Dieses Phänomen deutete darauf hin, dass Säure-Base-Reaktionen reversibel sind, d. h., dass die Produkte der Reaktion miteinander reagieren können, um das Ausgangsmaterial zu regenerieren. Damit wurde auch das Konzept des Gleichgewichts in die Säure-Base-Chemie eingeführt: Dieses Konzept besagt, dass reversible chemische Reaktionen einen Gleichgewichtspunkt erreichen, an dem die Ausgangsstoffe und die Produkte jeweils durch eine der beiden Reaktionen so schnell regeneriert werden, wie sie durch die andere verbraucht werden.
Abgesehen von ihrem theoretischen Interesse spielen Säuren und Basen eine große Rolle in der industriellen Chemie und im täglichen Leben. Schwefelsäure und Natriumhydroxid gehören zu den Produkten, die in der chemischen Industrie in großen Mengen hergestellt werden, und bei einem großen Teil der chemischen Prozesse sind Säuren oder Basen als Reaktanden oder Katalysatoren beteiligt. Fast jeder biologisch-chemische Prozess ist eng mit dem Säure-Basen-Gleichgewicht in der Zelle oder im gesamten Organismus verbunden, und der Säuregrad oder die Alkalinität des Bodens und des Wassers sind für die darin lebenden Pflanzen und Tiere von großer Bedeutung. Sowohl die Ideen als auch die Terminologie der Säure-Basen-Chemie haben das tägliche Leben durchdrungen, und der Begriff Salz ist besonders geläufig.