Chemie Grundlagen

Säuren und Basen

Inhaltsübersicht

Hallo! Wie du sicher weißt, brauchen Fische im Aquarium unbedingt den richtigen pH-Wert. Aber was war das nochmal genau? Das werden wir dir innerhalb dieses Beitrags erklären!

Säure-Base-Reaktion

Zuerst müssen wir uns einig werden, welche Definition von Säuren und Basen wir verwenden. Am verbreitetsten ist die Definition von Johannes Brønsted. Seine Definition besagt, dass Säuren Protonendonatoren sind und Basen Protonenakzeptoren. Das bedeutet nichts Anderes als dass Säuren Wasserstoff-Ionen abgeben und Basen Wasserstoff-Ionen aufnehmen möchten. Als Merkhilfe kannst du dir vorstellen, dass Säuren sauer sind und deshalb ihre Protonen nicht mehr haben wollen.

Definition Säure-Basen-Reaktion
Säure und Basen nach Brønsted

Ablauf Säure-Base-Reaktion

Wie so eine Säuren-Basen-Reaktion abläuft, schauen wir uns jetzt an. Eine Brønsted-Säure stellt man mit der Abkürzung HA und eine Base mit B dar.

Brønsted-Säure
Brønsted-Säure

Jetzt kannst du an dieser allgemeinen Formel sehen, dass das Proton von der Säure zur Base übergeht. Diese Reaktion lässt sich in zwei Teilreaktionen aufteilen, die auch als Protolyse bezeichnet werden. Dafür schauen wir uns einfach ein Beispiel zur Übung an:

HCl+H_2O\rightarrow\ {Cl}^-{+\ H}_3O^+

Hier ist HCl die Säure und Wasser die Base. Diese Reaktion lässt sich jetzt in zwei Teilgleichungen zerlegen:

Protonenabgabe:

HCl\rightarrow\ {Cl}^-+H^+

Protonenaufnahme:

H_2O+\ H^+\rightarrow\ H_3O^+

HCl gibt sein Proton ab und wird dadurch zu Cl minus. Dieses Proton reagiert nun mit Wasser zu einem Hydronium-Ion. Um herauszufinden, ob eine Säure stark sauer ist kann man sich den pKS-Wert anschauen. Dieser Wert gibt an wie stark das Bestreben der Säure ist, ein Proton abzugeben und ist auf die Säurekonstante zurückzuführen, die für jede Säure anders ist. Analog gibt es für Basen einen pKB-Wert der von der jeweiligen Basenkonstante abhängig ist.

Bei Säuren bedeutet ein hoher pKS-Wert, dass die Säure stark sauer ist. Für Basen ist das genau andersrum. Je niedriger der pKB-Wert, desto stärker die Base.

Säurekonstante und Basenkonstante
Säure- und Basenkonstante

Aber was ist jetzt dieser pH-Wert, der so wichtig für Fische ist? Dieser gibt an wie sauer oder basisch sich eine Lösung verhält und damit auch wie viele Hydronium- bzw. Hydroxid-Ionen in dieser vorhanden sind. Der pH-Wert hat keine Einheit und ist auf einer logarithmischen Skala von 0 bis 14 definiert. 7  bedeutet dabei, dass eine Lösung neutral ist und weder Säure- noch Basencharakter aufweist. Da die Skala dem Zehnerlogarithmus folgt, bedeutet das, dass eine Säure mit pH-Wert 4 bereits 10-mal saurer ist, als eine Säure mit pH-Wert 5. Und sogar 100-mal saurer als eine Säure mit pH-Wert 6.

Wasser ist neutral und hat den pH-Wert 7 und Cola beispielsweise 2,5. Für Fische – und auch für alle anderen Lebewesen – können zu viele Hydronium- bzw. Hydroxid-Ionen schädlich sein.

pH-Wert
pH-Wert

Deshalb muss sich der pH-Wert im Aquarium immer im richtigen Bereich befinden.  Wie man den pH-Wert einer Lösung berechnet und was der pOH-Wert ist, zeigen wir dir im folgenden Abschnitt.

Neutralisation

Genauso wie sich zwei gleichstarke Kräfte aufheben können, können sich eine Säure und eine Base gegenseitig ausgleichen, wenn sie gleich stark sind. Mischt man zum Beispiel zu gleichen Teilen Salzsäure und Natronlauge zusammen, entsteht dabei eine neutrale Kochsalzlösung mit einem pH-Wert von 7. Diesen Vorgang nennt man Neutralisation.

Neutralisation
Neutralisation

Ampholyte

Wasser weißt dabei übrigens ein paar interessante Eigenschaften auf. Es verhält sich nämlich manchmal als Base und manchmal als Säure.

Wasser mit Salzsäure oder Ammoniak
Wasser mit Salzsäure oder Ammoniak

In Gegenwart von Salzsäure verhält es sich als Base und nimmt ein Proton auf, aber in Gegenwart von Ammoniak gibt Wasser ein Proton ab und zeigt somit Säure-Charakter. Stoffe mit dieser Eigenschaft nennt man Ampholyte.

Wasser als Ampholyt
Wasser als Ampholyt

Autoprotolyse

Außerdem besitzt Wasser die Fähigkeit zur Eigendissoziation. Das bedeutet, dass sich die H2O-Molekül zu kleinen Teilen selbst in Hydronium- und Hydroxidionen zersetzen. Hierbei wandern dann Protonen von einem Wassermolekül zum anderen und bilden somit ein Hydroxidion und ein Hydronium-Ion. Diese Eigendissoziation bezeichnet man auch als Autoprotolyse. Sie ist der Grund dafür, dass auch destilliertes Wasser schwach elektrisch leitend ist.

Eigendissoziation von Wasser
Eigendissoziation von Wasser

Jetzt weißt du wie Fische im Aquarium möglichst lang und gut leben können.

Mach’s gut und bis bald!


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