Säuren - Protonendonatoren

Säure - Base - Reaktionen. Die Protolyse von Säuren. Ein umfassender Säurebegriff. Säuren und Indikatoren. Protolyse bekannter Säuren.

OK, dann spendir mir wenigstens ein Bier




42. Säuren - Protonendonatoren

Die Protolyse von Säuren

 
 
Prüfe nacheinander die elektrische Leitfähigkeit von:
  • reiner Ameisensäure
  • einer Lösung von Ameisensäure in Aceton
 
 
In ein großes Reagenzglas gibt man 10 ml reine Ameisensäure und prüft die elektrische Leitfähigkeit. Dann gibt man tropfenweise Wasser dazu und prüft dabei die elektrische Leitfähigkeit. Zeichne eine Meßkurve der Leitfähigkeitsänderung.

Nach Versuch 1 ergibt die Prüfung der Leitfähigkeit, dass es in wasserfreier Ameisensäure keine Ladungsträger gibt. Vermischt man nun die Ameisensäure mit Wasser, dann entstehen Ionen. Es kommt wie bei der Reaktion von HCl mit H2O zur Protolyse - freibewegliche elektrische Teilchen sind entstanden.

Allerdings kann die Protolyse der Ameisensäure nicht einfach auf die Verdünnung zurückgeführt werden, denn dann müßte auch eine Lösung in Aceton, Tetrachlorkohlenstoff usw. zur Leitung des elektrischen Stroms führen. Das aber ist nicht der Fall.

Ein umfassender Säurebegriff

 
Säuren sind Protonenspender (Protonendonator)

Säuren sind im engeren Sinne alle chemischen Verbindungen, die in der Lage sind, Protonen (H+) an einen Reaktionspartner zu übertragen – sie können als Protonendonator fungieren. In wässriger Lösung ist der Reaktionspartner im Wesentlichen Wasser. Es bilden sich Oxonium-Ionen (H3O+), der pH-Wert der Lösung wird damit gesenkt. Säuren reagieren mit sogenannten Basen unter Bildung von Wasser und Salzen. Eine Base ist somit das Gegenstück zu einer Säure und vermag diese zu neutralisieren.

Säuren sind also Verbindungen, die Wasserstoff-Ionen (Protonen) abgeben, die in Wasser hydratisiert werden. Stellt man sich HR als ein Säuremolekül vor, dann läßt sich der chemische Vorgang so beschreiben:


$ \mathrm { HR \quad\quad\quad\quad \xrightarrow{H_{2}O} \quad\quad\quad\quad H^{+}_{(aq)} \quad\quad + \quad\quad R^{-}_{(aq) } }$

Säure$ \qquad \ \ \ \ \ \mathrm {\longrightarrow} \qquad $ hydratisiertes Proton $ \ \mathrm { + } \ $ Säurerest-Ion

Säuren sind Protonenspender
 
Prüfe verd. Ameisensäure, verd. Schwefelsäure und verd. Salpetersäure mit Indikatoren (Universalindikator, Methylorange).

In unseren Fällen war immer das Wassermolekül der Protonenempfänger - das muß nicht allgemein so sein. Im weiteren Sinn beschreiben verschiedene Säure-Base-Konzepte wesentlich breitere Paletten von chemischen Reaktionen, die weit über die oben erwähnten Reaktionen hinausreichen können. Grundsätzlich gilt: Säuren sind Protonendonatoren. Das nach Abgabe des Protons entstandene Ion ist das Säurerestion.

Säuren und Indikatoren

Die hydratisierten Protonen der Salzsäure wurden in Kapitel 41 mit dem Farbstoff Lackmus nachgewiesen. Auch andere Farbstoffe, die mit Säuren reagieren und dabei eine charakteristische Farbe annehmen (Versuch 3), können zum Nachweis von Säuren benutzt werden. Solche Farbstoffe nennt man Indikatoren (genauer Säureindikatoren).

 
Lege auf ein trockenes Indikatorpapier einige Kristalle Zitronensäure, Weinsäure, und beobachte, was geschieht, wenn die Kristalle auf dem Papier mit Wasser befeuchtet werden.
 
Prüfe Speiseessig und verschiedene Fruchtsäfte (Orange, Johannisbeere, Zitrone) mit einem Indikator (Papier oder Indikatorflüssigkeit).
Ameisensäure und Essigsäure
Bild 1. Änderung der Leitfähigkeit beim Verdünnen von Ameisensäure und Essigsäure.

Die Reaktion von Säuren mit bestimmten Pflanzenfarbstoffen war schon den Forschern früherer Jahrhunderte aufgefallen. Sie definierten »Säuren als Verbindungen, die Lackmus u. a. Pflanzenfarbstoffe charakteristisch färben«. In der Alchemie galt Säure als ein Urstoff. Die sauren Eigenschaften basierten auf einer einzigen Ursäure, die in verschiedenen Substanzen zur Wirkung kam. Säuren lassen Kalk bzw. Carbonate aufschäumen, haben eine ätzende Wirkung und einen sauren Geschmack. Bis Ende des 13. Jh. waren wohl neben Essig und anderen Pflanzensäften keine weiteren Säuren bekannt.

 
Blaukrautblätter werden zerkleinert und mit Wasser aufgekocht. Dann wird filtriert und das Filtrat mit Säuren versetzt.
 
Die ans Wasser abgegebenen Protonen können mit Indikatoren nachgewiesen werden
 
Salpetersäure = HNO3. Kohlensäure = H2CO3. Schwefelsäure = H2SO4

Protolyse bekannter Säuren


$\mathrm {\quad \scriptsize {\mathsf {Säure}} \quad \xrightarrow {\normalsize {\mathsf {Wasser}}} \quad {\mathsf {hydratisiertes \ Proton}} \ + \ {\mathsf {hydratisiertes \ Säurerestion}}}$


$\mathrm {\underbrace {HNO_3}_{\mathsf {Salpetersäure}} \ \xrightarrow{H_2O} \quad \underbrace {H^+_{(aq)}}_{\mathsf {Proton}} \quad + \quad \underbrace {NO^-_{3 \ (aq)}}_{\mathsf {Nitration}}}$


$\mathrm {\underbrace {H_2CO_3}_{\mathsf {Kohlensäure}} \ \xrightarrow{H_2O} \quad \underbrace {2H^+_{(aq)}}_{\mathsf {Proton}} \quad + \quad \underbrace {CO^{2-}_{3 \ (aq)}}_{Carbonation}}$


$\mathrm {\underbrace {H_2SO_4}_{\mathsf {Schwefelsäure}} \ \xrightarrow{H_2O} \quad \underbrace {2H^+_{(aq)}}_{\mathsf {Proton}} \quad + \quad \underbrace {SO^{2-}_{4 \ (aq)}}_{\mathsf {Sulfation}}}$