1.5 Säuren und Basen und der ph-wert

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1 Seite Säuren und Basen und der ph-wert Säuren Geschichtlich bedingte Definition: Eine Säure ist ein Stoff, dessen wässrige Lösung sauer schmeckt oder ätzend wirkt, bzw. andere Stoffe angreift. Säuren kommen in der Natur zahlreich vor so sind z. B. Essigsäure, Milchsäure, Buttersäure in vielen Stoffen des Alltags vorhanden. Säuren benötigt man auch zum Haltbarmachen von Lebensmitteln, so dass sie als Lebensmittel-Zusatzstoffe auf den Verpackungen vermerkt werden. In Getränken sind die bekanntesten die Weinsäure und die Kohlensäure. Die Entkalker enthalten auch eine Säure, die in der Lage ist vorhandene Kalkverschmutzungen aufzulösen. Säuren färben eine Indikatorlösung rot. Moderne Definitionen (1923 Brönsted und Lowry): Eine Säure ist eine Substanz, die Protonen abgeben kann, d. h. ein Protonen-Donator. In einer wässrigen Lösung bilden sich Hydronium-Ionen H 3 O +. Die Säure Chlorwasserstoff (HCl) oft auch Salzsäure genannt gibt in einer wässrigen Lösung ein Wasserstoff-Ion (ein Proton) an das Wasser ab HCl + H 2 O H 3 O + + Cl und bildet die sogenannten Hydronium-Ionen H 3 O + und Chlor-Ionen. Die Salpetersäure HNO 3 dissoziert in einer wässrigen Lösung: HNO 3 + H 2 O H 3 O + + NO 3 Es entstehen Hydronium-Ionen und Nitrat-Ionen NO 3.

2 Seite 15 Die Schwefelsäure H 2 SO 4 wird in einer wässrigen Lösung zerlegt in H 2 SO 4 + 2H 2 O 2H 3 O + (SO 4 ) 2 Es entstehen Hydronium-Ionen und Sulfat-Ionen (SO 4 ) Der ph-wert Säuren werden stets als Lösungen in verschiedenen Konzentrationen gebraucht. Die Stärke einer Säure wird durch ihren ph-wert festgelegt, d.h ist proportional zur Anzahl der in der wässrigen Lösung sich bildenden Hydronium-Ionen H 3 O +, gemäß folgender Formel: ph = log (Konzentration(H 3 O + )) wobei die Konzentration in mol/l gemessen wird. Konzentration = 10 mol/ l ph = 1 Konzentration = 10 0 mol/ l ph = 0 Konzentration = 10 2 mol/ l ph = 2 Konzentration = 10 7 mol/ l ph = 7 Im reinen Wasser ist die Konzentration von 10 7 mol/ l, so dass dieses einen ph-wert von 7 hat. In der Tabelle ph-werte können Werte weiterer Stoffe eingesehen werden Salze Säuren reagieren mit Metallen bzw. Metalloxiden und bilden Salze und Wasserstoff bzw. Wasser d.h. nach folgenden Muster: Säure + Metall (Metalloxid) Salz + Wasserstoff (Wasser) Die Salze der Salzsäure (HCl) werden als Chloride bezeichnet.

3 Seite 16 2HCl + 2Na = 2NaCl + H 2 ; NaCl = Natriumchlorid = Salz 2HCl + MgO = MgCl 2 + H 2 O ; MgCl 2 = Magnesiumchlorid Die Salze der Salpetersäure (HNO 3 )werden als Nitrate bezeichnet. Beispiel: 2HNO 3 +2K = 2KNO 3 + H 2 ; KNO 3 = Kaliumnitrat = Kaliumsalpeter Die Salze der Schwefelsäure (H 2 SO 4 )werden als Sulfate bezeichnet. Beispiel: H 2 SO 4 +2K = 2K 2 SO 4 + H 2 ; K 2 SO 4 = Kaliumsulfat In einer erhöhten Konzentration greifen spezielle Mischungen von Salpetersäure und Salzsäure wie z. B. das Königswasser (1 Teil Salpetersäure und drei Teile Salzsäure) sogar die Edelmetalle an und bilden Salze (s. Abb.). Salpetersäure löst nicht Goldstreifen Königswasser löst die Goldstreifen

4 Seite 17 Die in den Böden vorkommenden Nitrate spielen bei der Versorgung der Pflanzen mit Nährsalzen eine bedeutende Rolle. Aus den Stickstoffatomen der Nitrate bauen die Pflanzen Proteine und sind somit ein unabdingbares Glied im Nahrungskreislauf. Alle Nitrate (stickstoffhaltigen Salze) eignen sich zur Herstellung von Düngermittel. Die großflächige Ausbringung von Nitratdünger kann zu einer gesundheitlichen Gefährdung führen, wenn sie die Nitrat Konzentration im gedüngten Gemüse oder im Trinkwasser erhöhen. Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) empfiehlt deshalb, nicht mehr als 220mg Nitrat täglich zu sich zu nehmen. Im Speichel des Menschen werden regelmäßig kleine Mengen Nitrat in Nitrit umgewandelt aus dem im Magen Nitrosaminen gebildet werden können. Die Nitrosamine werden auch in kleinen Mengen zu den Krebs erzeugenden Stoffe gezählt. Einigen Wurst- oder Käsesorten wird Nitrat oder sogar Nitrit als Lebensmittel Zusatzstoff zur Konservierung zugesetzt. Nitrathaltiger Käse oder gepökelte Wurst darf nicht erhitzt werden (Grillen), weil beim Erhitzen Nitrosamine entstehen können. Nach der Verordnung zur Kennzeichnung von Lebensmitteln müssen die Inhaltsstoffe sämtlicher Lebensmittel deklariert werden. Dabei werden den Zutaten E-Nummern (EG-Nummern) zugeordnet, die in Europa einheitlich verwendet werden. Die E-Nummern für Nitrate sind E-251 und E-252 während Natriumnitrit mit E-250 gekennzeichnet werden muss Basen (Laugen) Geschichtlich bedingte Definitionen: Eine Base ist ein Stoff, dessen wässrige Lösung bitter schmeckt, sich seifig anfühlt. Moderne Definitionen (1923 Brönsted und Lowry): Eine Base kann Protonen aufnehmen, sie ist ein Protonen-Akzeptor. In einer wässrigen Lösung bilden sich Hydroxid- Ionen OH.

5 Seite 18 Die Base NaOH auch Natronlauge genannt bildet in einer Lösung OH -Ionen: NaOH Na + + OH Die Base Ammoniak (NH 3 ) löst sich im Wasser zu einen Ammonium-Ion und einen Hydroxid-Ion (OH ): NH 3 + H 2 O NH OH Die Neutralisation von Säuren und Basen Wie es aus der Definition ersichtlich ist, sind Säure und Basen jeweils Gegenspieler, d.h. sie würden sich gegenseitig neutralisieren, wenn man sie miteinander vermischt. Die Reaktion von Natronlauge und Salzsäure ergibt Wasser und Kochsalz, somit aus zwei ätzenden Stoffen entstehen zwei völlig harmlose Stoffe: NaOH + HCl = H 2 O + NaCl Der Magensaft enthält Salzsäure für das Abtöten von Bakterien. Diese würde unter normalen Umständen die Magenwand angreifen. Die oberste Zellschicht der Magenwand bildet einen für Säuren undurchdringlichen Schleim. Die darunter liegenden Drüsen produzieren die Base Natriumhydrogencarbonat, die eventuell eindringende Säure neutralisiert. In Stresssituationen, durch das Konsumieren von fetten Speisen oder Alkohol aber auch durch die Einnahme von schleimhautreizenden Medikamenten wird dieser Schutzmechanismus gestört. Als Folge der Überproduktion von Säure kann eine Magenschleimhautentzündung (Gastritis) entstehen oder es kommt zur Ausbildung eines Magengeschwürs. Degegen können Medikamente wirken, die Basen wie z.b. Magnesiumhydroxid enthalten, die in der Lage sind die Magensäure zu neutralisieren.