Kapitel 13: Laugen und Neutralisation

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1 Kapitel 13: Laugen und Neutralisation Alkalimetalle sind Natrium, Kalium, Lithium (und Rubidium, Caesium und Francium). - Welche besonderen Eigenschaften haben die Elemente Natrium, Kalium und Lithium? Wie kann man die doch recht ähnlichen Eigenschaften von Natrium, Caesium und Francium erklären? Natrium oder Kalium oder Lithium ließ man mit Wasser reagieren, wobei Wasserstoff entstand. Was stellt man fest, wenn man die zurückbleibende Flüssigkeit untersucht? Sie werden unter Petroleum aufbewahrt, damit sie von der Luft abgetrennt sind. Würden diese Stoffe dem Luftsauerstoff ausgesetzt, so würden sie damit reagieren. Die genannten Alkalimetalle sind alle recht weich. Man kann sie schneidet. Sie verbrennen mit farbigen Flammen (Bei Natrium ist die Flamme gelb, bei Kalium violett und bei Lithium rot). - An der frischen Schnittstelle erkennt man ihr silberglänzendes Aussehen. Alle diese Elemente leiten den elektrischen Strom. Mit Wasser reagieren sie sehr heftig, wobei Wasserstoffgas entsteht. Ihre Atome haben alle nur ein Außenelektron. Die Anzahl der Außenelektron bestimmt das chemische Verhalten der Stoffe. Um reines Wasser handelt es sich dabei nicht mehr! - Die Flüssigkeit leitet nun den elektrischen Strom, muss also Ionen enthalten, die vorher nicht vorhanden waren. - Gibt man Universalindikator dazu, so verfärbt sich dieser blau (nicht grün, wie das bei normalem Wasser der Fall wäre). Gibt man den farblosen Stoff "Phenolphthalein" dazu, so färbt sich dieser rotviolett. Man nennt sie Laugen! Wie nennt man Stoffe, die den Universalindikator blau verfärben und eine Rotviolettfärbung von Phenolphthaleinlösung bewirken? Was bei der Reaktion Alkalimetall und Wasser entstand, sind also die folgenden Laugen (je nach dem eingesetzten Alkalimetall): Natronlauge (aus Natrium), Kalilauge (aus Kalium) und Lithiumlauge (aus Lithium).

2 Natronlauge ist als "Brezellauge" bekannt. Der Bäcker taucht die aus Teig geformten Brezeln in diese Lauge. Beim Backen entsteht dann die braune Kruste und der typische Geschmack einer "Laugenbrezel". Beispiel für Verwendung von Laugen? (Natronlauge) Was erhält man, wenn man Natronlauge selbst eindampft? Natronlauge ist stark ätzend: Reibt man einen Tropfen Natronlauge zwischen den Fingern, so fühlt sich dies glitschig an. Die Hornschicht der Haut wird aufgelöst. Man verwendet Natronlauge zum "Abbeizen" von Farbanstrichen (diese werden vom Untergrund abgelöst). Natronlauge ist ein wichtiger Stoff in der chemischen Industrie. Beispielsweise ist er nötig, um Kernseife aus Fetten herzustellen. Einen salzartigen Stoff, den man Natriumhydroxid nennt. Wenn man Natriumhydroxid in Wasser auflöst, erhält man wieder die Lauge! Um so mehr Natriumhydroxid ins Wasser kommt, um so stärker wird die elektrische Leitfähigkeit der Lauge. Lösungen, die den elektrischen Strom leiten, enthalten Ionen. Die positiven Ionen im Natriumhydroxid sind die Na + Ionen (Natriumatome bilden leicht durch Abgabe eines Außenelektrons positive Ionen). Negative Ionen müssen ebenfalls in den Laugen vorhanden sein. Man nennt sie Hydroxidionen. Was stellt man fest, wenn man langsam eine Lauge (z.b. Natronlauge) zu einer Säure (z.b. Salzsäure) dazu gibt? Wenn man Universalindikator in die Säure gegeben hat und dieser die typische rote Färbung zeigt, so kann man - wenn man ganz vorsichtig tropfenweise die Natronlauge dazu gibt - erreichen, dass die rote Färbung plötzlich verschwindet und sich die für normales Wasser typische grüne Färbung des Universalindikators zeigt. Die Säure ist weg! Man sagt: Die Säure wurde neutralisiert.

3 Man gibt Lauge zur Salzsäure, bis die Neutralisation vollendet ist. (Man kann das an einer Probe dieser Lösung mit dem Indikator überprüfen). - Was stellt man fest, wenn man diese Lösung nun verdampft? Es bleiben die typischen würfelförmigen Kristalle des Kochsalzes =Natriumchlorid zurück! Sonst bleibt nichts zurück. Was verdampft, ist nicht als reines Wasser Natronlauge + Salzsäure ---> Natriumchlorid und Wasser Es sind immer die Stoffe Salz und Wasser, die dabei entstehen. Welche Regel gilt allgemein, wenn man bei mehreren Laugen und Säuren untersucht, welche Reaktionsprodukte nach der Neutralisation vorhanden sind? Nenne einige Beispiele! Wenn man zu verdünnter Salzsäure immer mehr Lauge dazu gibt (zugegebene Laugenmenge auf der waagrechten Achse) und dabei die Leitfähigkeit (senkrechte Achse) misst, dann erhält man die Neutralisationskurve. - Was kann man daran ablesen? Neutralisationsregel: Lauge + Säure --> Salz + Wasser Beispiele Natronlauge + Schwefelsäure ---> Natriumsulfat + Wasser Kalilauge + Salzsäure ---> Kaliumchlorid + Wasser Natronlauge + Phosphorsäure --> Natriumphosphat + Wasser usw. Die Leitfähigkeit sinkt bei Zugabe von immer mehr Natronlauge weiter ab (obwohl die Natronlauge auch selbst Ionen enthält!). Ein Tiefpunkt der Leitfähigkeit wird erreicht (hier muss die Ionenanzahl in der Lösung ganz besonders gering geworden sein). Nach weiterer Zugabe von Lauge kommt es aber wieder zu einem Anstieg der Leitfähigkeit.

4 H 3 O + + Cl - + Na + + Salzsäure Natronlauge Das blaue Symbol soll das negative Hydroxidion in der Lauge darstellen. Was geschieht bei der Neutralisation von Salzsäure durch Natronlauge? Beschreibe die Vorgänge mit den in diesen Stoffen enthaltenen Teilchen. Was man bei der Neutralisation feststellt: ---> Na + + Cl - + Wasser Natriumchlorid Wasser muss aus H 3 O + und dem entstanden sein! (Also aus dem Hydroxoniumion und dem Hydroxidion) Wasser besteht nur aus H und O. Die Formel ist H 2 O H 3 O + und ergeben Wasser Das Symbol stellt das Hydroxidion dar. a) Wenn "etwas" mit dem H 3 O + reagiert und dabei nur Wasser ergibt, kann es folglich auch nur aus O und H bestehen. b) H 3 O + enthält ein an das Wassermolekül gebundene H +. Dieses ist sehr reaktionsfähig und kann sich aus dem H 3 O + wieder lösen. c) Wenn "etwas" mit H + ein Wassermolekül ergibt, dann kann es sich dabei nur um ein negatives Ion aus O und H handeln. Aber wie sieht dieses aus? Dies ist eine vereinfachte Darstellung Wenn man alle Elektronen des O-Atoms darstellt (dieses hat ja schon alleine außen 6 Elektronen - es steht in der 6. Hauptgruppe), dann erkennt man, dass das O-Atom in diesem aus zwei Atomen bestehenden Ion die negative Ladung tragen muss! Das Minuszeichen gilt aber für das gesamte Hydroxidion

5 Wie kann man erklären, dass bei der Neutralisationskurve (siehe unten) die Leitfähigkeit zunächst sinkt, einen Tiefpunkt erreicht und dann wieder ansteigt? Bereich, in dem die Kurve sinkt: Von H 3 O +, Cl -, Na + und OH - bleiben nur Na + und Cl - übrig. H 3 O + und OH - ergeben zusammen 2 H 2 O (zwei Wassermoleküle). Aus Ionen werden Moleküle! Tiefpunkt der Kurve: Alle H 3 O + und alle OH -, die vorhanden waren, sind zu Wassermolekülen geworden Wiederanstieg der Kurve: Nach Zugabe weiterer Lauge kommen neue Na + und OH - dazu, es findet aber keine Reaktion mehr statt, da ja keine H 3 O + Ionen mehr vorhanden sind. Die Anzahl der Ionen wird durch die Zugabe der Lauge wieder erhöht. Was erhält man durch Neutralisation von Essigsäure mit Natronlauge? Essigsäure + Natronlauge ---> Natriumethanat + Wasser Salzformel CH 3 COONa Man nennt diese Salz auch "Natriumacetat" Was erhält man durch Neutralisation von Ameisensäure mit Kalilauge? Wie könnte man herausfinden, wie viel Essigsäure im Essig, den man im Lebensmittelgeschäft gekauft hat, vorhanden ist? Ameisensäure + Kalilauge ---> Kaliummethanat + Wasser Salzformel HCOOK Man nennt dieses Salz auch "Kaliumformiat" Um so mehr Natronlauge man bis zur Neutralisation zugeben muss, um so mehr Essigsäure ist im Essig enthalten. Diese Methode der Bestimmung des Säuregehalts einer Lösung, nennt man "Neutralisationstitratation". In dem rohrförmigen Behälter (Bürette) befinden sich die Lauge, die zugegeben wird.

6 Essig. - Wann wird die Lösung grün? Umgekehrt kann man durch Messung der zugegebenen Menge an Säure die Konzentration von Lauge in einer Lösung bestimmen. Wenn man die genaue Konzentration der zugegebenen Säure (bzw. Lauge) kennt, dann kann man, wenn man gemessen hat, wie viel man davon zur Neutralisation benötigt, die Konzentration der zu prüfenden Lösung berechnen.