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Chemie · Säure-Base-Reaktionen
Säuren geben Protonen ab, Basen nehmen sie auf. Diese Lektion erklärt Protolyse, korrespondierende Paare, Ampholyte und die Wertigkeit mit den wichtigen Säuren, Basen und ihren Anionen.
Säure = Protonengeber (H⁺), Base = Protonennehmer. Eines gibt es nie ohne das andere, und jede Säure hinterlässt beim Abgeben ihre korrespondierende Base.
Eine Säure-Base-Reaktion ist eine Protolyse: Ein Proton wandert von der Säure zur Base. Ein freies H⁺ gibt es in Wasser nicht, es lagert sich an H₂O an und bildet das Oxonium-Ion H₃O⁺ (auch Hydronium).
HA + B ⇌ A⁻ + BH⁺Säure 1 + Base 2 ⇌ Base 1 + Säure 2
Säure und Base unterscheiden sich um genau ein H⁺ und bilden ein korrespondierendes Paar: A⁻ ist die korrespondierende Base von HA, BH⁺ die korrespondierende Säure von B. Die Base bindet das Proton über ein freies Elektronenpaar.
| Reaktion | Säure → korr. Base | Base → korr. Säure |
|---|---|---|
| HCl + H₂O → Cl⁻ + H₃O⁺ | HCl → Cl⁻ | H₂O → H₃O⁺ |
| NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻ |
| NH₃ → NH₄⁺ |
In der ersten Reaktion ist Wasser die Base, in der zweiten die Säure. Auf jeder Seite der Gleichung steht ein korrespondierendes Paar.
Im Gegensatz zu Arrhenius braucht Brönsted weder OH⁻ noch Wasser: Das Konzept gilt auch in anderen Lösungsmitteln und in der Gasphase, etwa bei NH₃ + HCl → NH₄Cl.
Je stärker eine Säure, desto schwächer ihre korrespondierende Base, und eine Protolyse läuft immer von der stärkeren zur schwächeren Säure und Base. → Ausführlich in: Säurestärke
Ampholyte können je nach Partner Protonen abgeben oder aufnehmen. Beispiele sind H₂O, HCO₃⁻, HSO₄⁻, H₂PO₄⁻ und HPO₄²⁻; auch NH₃ kann extrem schwach ein Proton abgeben. Hydrogencarbonat nimmt mit H₃O⁺ ein Proton auf (→ H₂CO₃) und gibt mit OH⁻ eines ab (→ CO₃²⁻).
Wasser reagiert sogar mit sich selbst (Autoprotolyse). → Ausführlich in: Autoprotolyse des Wassers
Die Wertigkeit gibt an, wie viele Protonen eine Säure pro Molekül abgeben kann. Mehrwertige Säuren geben sie Schritt für Schritt ab. Einwertig sind (nach Stärke sortiert):
| Säure | Name | Anion |
|---|---|---|
| HI | Iodwasserstoffsäure | Iodid I⁻ |
| HBr | Bromwasserstoffsäure | Bromid Br⁻ |
| HCl | Salzsäure | Chlorid Cl⁻ |
| HNO₃ | Salpetersäure | Nitrat NO₃⁻ |
| HF | Flusssäure | Fluorid F⁻ |
| HNO₂ | salpetrige Säure | Nitrit NO₂⁻ |
| HCN | Blausäure | Cyanid CN⁻ |
Mehrwertig sind:
| Säure | Wertigkeit | Anionen nach jeder Stufe |
|---|---|---|
| H₂SO₄ Schwefelsäure | 2 | HSO₄⁻, SO₄²⁻ |
| H₂SO₃ schweflige Säure | 2 | HSO₃⁻, SO₃²⁻ |
| H₂CO₃ Kohlensäure | 2 | HCO₃⁻, CO₃²⁻ |
| H₂S Schwefelwasserstoff | 2 | HS⁻, S²⁻ |
| H₃PO₄ Phosphorsäure | 3 | H₂PO₄⁻, HPO₄²⁻, PO₄³⁻ |
| Zitronensäure | 3 | drei COOH-Gruppen |
Welche Stoffe ergeben mit Wasser eine Säure? Chlorwasserstoff (HCl) und CO₂ (über H₂CO₃) tun es, NH₃ ergibt eine Base, CH₄ und O₂ reagieren nicht. → Ausführlich in: Kohlenstoff, Oxide, Kohlensäure
Die eigentliche Brönsted-Base ist das Hydroxid-Ion: Es nimmt H⁺ auf und wird zu H₂O. Das Metall-Kation bleibt als Gegenion unverändert. Die Wertigkeit ist die Zahl der Protonen, die eine Formeleinheit aufnehmen kann (bei Hydroxiden die Zahl der OH⁻).
| Base | Wertigkeit | Gegenion / korr. Säure |
|---|---|---|
| KOH | 1 | K⁺ |
| NaOH | 1 | Na⁺ |
| NH₃ | 1 | NH₄⁺ |
| Ca(OH)₂ | 2 | Ca²⁺ |
| Al(OH)₃ | 3 | Al³⁺ |
Wie du aus Säure oder Base den pH berechnest, steht in der Lektion zum pH-Wert. → Ausführlich in: pH-Wert
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Deine AufgabeVerfolge das Proton in beiden Reaktionen: Welches Teilchen gibt es ab, welches nimmt es auf, und welche Teilchen bilden ein korrespondierendes Paar?
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Deine AufgabeWie oft mehr Oxonium-Ionen enthält eine Lösung mit pH 4 als eine mit pH 6? Zähle die Stufen.
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