Säuren und Basen (Laugen)

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1 Säuren und Basen (Laugen) Material Was sind Säuren? Säuren sind auch in vielen Stoffen des Alltags vorhanden. Der Saft vieler Früchte, z. B. von Zitronen und Apfelsinen, schmeckt sauer. Auch mit Essig kann man Speisen einen sauren Geschmack verleihen. Der Entkalker enthält eine Säure, die Kalkverschmutzungen auflöst. Säuren benötigt man auch zum Haltbarmachen von Lebensmitteln. Als Lebensmittel-Zusatzstoffe befinden sie sich in vielen Getränken (Weinsäure, Kohlensäure). Sie kommen in der Natur auch zahlreich vor (Essigsäure, Milchsäure, Buttersäure). Säuren sind (häufig) in Wasser gelöste Oxide von Nichtmetallen Säuren besitzen immer ein Wasserstoffatom Beispiele: o HCl - Salzsäure, o H 2 SO 4 - Schwefelsäure, o HNO 3 - Salpetersäure, o H 3 PO 4 - Phosphorsäure Säuren zersetzen unedle Metalle, wobei Wasserstoff frei wird saure Lösungen leiten den elektrischen Strom Säuren bilden - Ionen beim Auflösen in Wasser starke Säuren bilden mehr H 3 O + -Ionen als schwache Säuren Was sind Basen? Seifen-Lösung schmeckt eigentümlich fade und unangenehm im Mund. Außerdem fühlt sich die Seifen-Lösung glitschig an. Lösungen mit dieser Eigenschaft nennt man alkalisch. Laugen finden vor allem als Reinigungs- und Waschmittel Verwendung. Abflussreiniger enthält Natriumhydroxid, welches beim Lösen in Wasser konzentrierte Natronlauge bildet. Seifen und Waschpulver bilden ebenfalls eine Lauge, wenn sie mit Wasser vermischt werden. Der Bäcker bestreicht die Brezel mit Brezellauge (Natronlauge), bevor er sie bäckt. Salmiakgeist (Ammoniaklösung) ist ein Fensterputzmittel. Basen nennt man auch Laugen oder alkalische Lösungen Laugen schmecken seifenartig Beispiele von Laugen: o NaOH - Natronlauge, o KOH - Kalilauge, o Ca(OH) 2 - Calciumhydroxid-Lösung (Löschkalk), o NH 4 OH - Ammoniaklösung Alkalische Lösung leiten den elektrischen Strom basische Lösungen enthalten stets Hydroxid- Ionen (OH - ) feste Hydroxide zerfallen beim Auflösen in Wasser in positive Metall- Ionen und negative Hydroxidionen

2 Der moderne Säure- Basebegriff: Nach dem schwedischen Chemiker Arrhenius enthalten wässrige Säuren in ihrer Lösung positiv geladene H 3 O + -Ionen und negativ geladene Säurerest-Ionen, Basen dagegen positiv geladene Baserest-Ionen und OH - -Ionen. Der dänische Chemiker Johannes Nicolaus Broenstedt ( ) erweiterte im Jahre 1923 den Säure-Basebegriff. Nach Broenstedt geben Säuren Protonen ab- sie sind Protonenspender. Basen nehmen Protonen auf - sie sind Protonenakzeptoren. Protonenübertragungsreaktionen nach Broenstedt nennt man auch Säure/Base-Reaktionen (auch Protolyse genannt) Neutrale Lösungen Lösungen, die weder sauer noch alkalisch sind, heißen neutral. Neutrale Lösungen sind weder sauer noch basisch, weil sie gleich viele H + (genauer H 3 O + ) und OH - -Ionen enthalten. ph-wert Der ph- Wert gibt Auskunft, wie stark sauer oder basisch eine Lösung reagiert. Reines Wasser und neutrale Lösungen haben einen ph- Wert von 7. Saure Lösungen liegen zwischen 0 und 7 und je saurer die Lösung ist, umso kleiner ist ihr ph-wert., Genau wie bei sauren Lösungen lässt sich auch bei alkalischen Lösungen die alkalische Eigenschaft mit Hilfe des ph-wertes feststellen. Der ph-wert der alkalischen Lösungen liegt zwischen 8 und 14, dabei ist eine Lösung umso alkalischer, je höher der ph-wert ist. Neutrale Lösungen haben den ph- Wert 7. Der ph- Wert ist der negative Logarithmus der Wasserstoffionenkonzentration". Er kann Werte zwischen 0 und 14 annehmen. Der ph- Wert kann mit elektrischen ph- Metern oder durch Farbvergleich mit einem Indikator bestimmt werden. Indikatoren: Das sind Farbstoffe, die ihre Farbe ändern, wenn sie mit sauren oder basischen Lösungen in Kontakt kommen: z.b. ist Lackmus blau, dann handelt es sich um eine basische Umgebung. wird Lackmus aber rot, so handelt es sich um eine saure Lösung. Lackmus wechselt die Farbe genau beim ph 7. Andere Farbstoffe zeigen ihre Farbwechsel bei anderen Werten. So kann man durch geeignete Mischungen verschiedener Farbstoffe Universalindikatoren zusammenstellen, die für jeden ph- Wert eine eigene Farbe anzeigen. Beispiele ph-werte Universalindikator 2

3 Beispiele für Indikatoren: Die Neutralisation - Salze Bei der Neutralisation entstehen Wasser und ein Salz durch Reaktion einer sauren mit einer basischen Lösung. Feste Salze sind Kristalle aus positiven Metallionen und negativen Säurerestionen. Salze haben vor allem Bedeutung als Düngemittel, in der Glasindustrie, als Baustoffe und für die Erzeugung von Waschmitteln. Anorganische Säuren und ihre Salze: HF Fluorwasserstoffsäure Fluorid HCl Chlorwasserstoffsäure Chlorid HNO 3 Salpetersäure Nitrat H 2 SO 4 Schwefelsäure Sulfat H 2 CO 3 Kohlensäure Carbonat H 3 PO 4 Phosphorsäure Phosphat Organische Säuren und ihre Salze: CH 2 O 2 Ameisensäure Formiat C 2 H 4 O 2 Essigsäure Acetat C 6 O 7 H 8 Zitronensäure Citrat C 4 H 6 O 5 Äpfelsäure Malat C 6 H 8 O 6 Ascorbinsäure (=Vit C) Ascorbat C 9 H 8 O 4 Acetylsalicylsäure (=Aspirin) Acetyl-Salicylat Um die chemischen Vorgänge in Zellen und Körperflüssigkeiten zu verstehen, ist die Kenntnis der Säure-Base-Reaktionen unerlässlich, denn die Aktivität von Enzymen ist abhängig vom ph-wert. Auch bei der Atmung, Verdauung usw. spielen Säure-Konzentrationen eine entscheidende Rolle. Die Wirkung vieler Medikamente ist abhängig von deren Säure-Base-Eigenschaften. Ein ausgeglichener Säure-Basen-Haushalt ist lebenswichtig für den Organismus. Titration: Der wichtigste Einsatzbereich von Säure-Base-Indikatoren ist die Säure-Base-Titration. Es geht dabei um die Bestimmung der Konzentration einer Säure (bzw. Lauge) mit Hilfe einer Lauge (bzw. Säure) bekannter Konzentration. Der Verlauf einer solchen Titration kann mit Hilfe einer sog. Titrationskurve dargestellt werden, in welcher man den ph-wert der Lösung gegen den Verbrauch an Titriermittel aufträgt. 3

4 Titrationskurve für die Titration von 10 ml Salzsäure (c = 0,1 mol/l) mit Natronlauge (c = 0,1 mol/l) Besonders auffällig an dieser Titrationskurve ist der mittlere Bereich, in welchem plötzlich ein steiler Anstieg erfolgt. Der Verbrauch an Natronlauge beträgt an dieser Stelle genau 10 ml, d.h. die 10 ml Salzsäure (welche ja die gleiche Konzentration wie die Natronlauge besitzt) sind neutralisiert worden. Man nennt den zu dieser Stelle gehörenden Punkt einer Titrationskurve auch den Äquivalenzpunkt. Dieser entspricht nur bei starken Säuren dem Neutralisationspunkt. Übersicht: 4

5 Frage 1: Grundlagen Kreuzen Sie die richtige Antwort an! Saure Lösungen färben Lackmus Blau Rot Gelb Grün Basische Lösungen färben Lackmus Blau Rot Gelb Grün Eine neutrale Lösung hat einen ph-wert von Saure Lösungen haben einen ph-wert.. Kleiner als 7 Größer als 7 Gleich 7 Basische Lösungen haben einen ph-wert Kleiner als 7 Größer als 7 Gleich 7 Lösliche Oxide von bilden mit Wasser saure Lösungen Nichtmetallen Metallen Lösliche Oxide von bilden mit Wasser basische Lösungen Nichtmetallen Metallen 5

6 Die Neutralisationsreaktion hat die folgende Gleichung: Saure Lösung + basische Lösung Salz + Wasser Saure Lösung + Wasser basische Lösung + Salz Saure Lösung + Salz basische Lösung + Wasser Welches Element kommt in jeder Säure vor? Sauerstoff Wasserstoff Chlor Schwefel Frage 2: Säuren und Basen Ordnen Sie den Namen der bekanntesten Säuren und Basen (Laugen) der Chemie ihre Formel zu! 1. Salpetersäure a) H 3 PO 4 2. Natronlauge b) KOH 3. Salmiakgeist c) HNO 3 4. Phosphorsäure d) H 2 CO 3 5. Schwefelsäure e) NH 4 OH 6. Kohlensäure f) HCl 7. Ameisensäure g) NaOH 8. Salzsäure h) HCOOH 9. Kalilauge i) H 2 SO 4 Zuordnung: tragen Sie den entsprechenden Buchstaben in die folgende Tabelle ein:

7 Frage 3: Lückentext Ergänzen Sie die folgenden Lücken: Die Salze der Salpetersäure, die im Trinkwasser und Gemüse nicht erwünscht sind, werden genannt. Je stärker alkalisch eine Lösung ist, desto ist der ph-wert Wenn eine Lösung weder sauer noch basisch ist, wird sie als bezeichnet. Die Salze der Phosphorsäure - oft als Düngemittel eingesetzt - sind die. Wasser hat einen ph-wert von. Saure Lösungen färben sich mit Universalindikator. Universalindikator nimmt in Waschmittel/Seifenlösung eine Farbe an. Phenolphthalein ist in sauren Lösungen. Wenn Salzsäure und Natronlauge miteinander reagieren entsteht Wasser und das Salz. Wässrige alkalische Lösungen werden oft als bezeichnet. Deshalb heißt es auch Seifen. Je stärker sauer eine Lösung ist, desto ist der ph-wert Der ist die negativ genommene Hochzahl der Konzentration der Wasserstoffionen; er kennzeichnet, ob eine Lösung sauer, alkalisch oder neutral ist. Seifenwasser und Abflussreiniger sind Lösungen. 7

8 Frage 4: Flaschen mit unbekanntem Inhalt Beim Aufräumen im Keller finden sie drei verschlossene Flaschen. Die Aufkleber sind von den Flaschen abgegangen und liegen neben diesen im Regal. Die Aufschriften auf den Klebern lauten: Verdünnte Salzsäure Natronlauge Destilliertes Wasser Weiters finden Sie im Regal noch einige saubere Reagenzgläser, Universalindikatorpapier und einen Filzstift. Arbeitsauftrag: Ohne jedes zusätzliche Material sollen Sie nun die Flaschen korrekt beschriften. Darüber hinaus sollen Sie genau beschreiben wie Sie zu ihren Ergebnissen gekommen sind, d.h. Sie sollen einen geeigneten Untersuchungsplan zur Identifizierung der Lösungen entwickeln. 8

9 Frage 5: Neutralisation Reaktion einer starken Säure mit einer starken Base. Wir gehen von einer Salzsäurelösung und von einer Natronlaugelösung aus, die beide die gleiche Konzentration von je 0,1 mol/l haben. Zu 20 Milliliter der Salzsäurelösung wird Natronlaugelösung zugefügt. Während des gesamten Vorganges wird der ph-wert der Lösung gemessen und in das Diagramm (siehe unten) eingezeichnet. Die Neutralisationsreaktion wird durch folgende Reaktionsgleichung beschrieben: H 3 O + Cl - + Na + OH - Na + Cl H 2 O Salzsäurelösung Natronlaugelösung Kochsalz (gelöst) Wasser Im Diagramm sind die zugefügten Milliliter Natronlaugelösung V(NaOH) gegen den ph-wert der Lösung aufgetragen. Frage 5a) Zeichnen Sie im Diagramm jenen Punkt ein, bei dem die Menge an zugefügter Natronlaugelösung gleich ist der Menge an ursprünglich vorhandener Salzsäurelösung (Neutralpunkt). Frage 5b) Wie groß ist bei diesem Punkt der ph-wert? ph-wert =.. Frage 5c) Wie viel Milliliter Natronlaugelösung wurden bei diesem Punkt der Salzsäurelösung hinzugefügt? Es wurden.. Milliliter hinzugefügt. 9

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