• Die Definition von Säuren verfeinern
  • verybusybeaver
  • 25.02.2024
  • Chemie
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Wir de­fi­nie­ren Säu­ren - der Ge­schich­te auf der Spur

In der ver­gan­ge­nen Stun­de haben wir Säu­ren an­hand der fol­gen­den Kri­te­ri­en de­fi­niert: (ver­mu­te­ter) sau­rer Ge­schmack; fär­ben pH-​Papier rot; ge­eig­net, um Kalk zu lösen.



Das ent­spricht weit­ge­hend der ers­ten wis­sen­schaft­li­chen De­fi­ni­ti­on von Säu­ren. Diese wurde von Ro­bert Boyle (1626-1691) auf­ge­stellt und von An­toine La­voi­sier (1743-1794) er­wei­tert: Nicht­me­tall­oxi­de re­agie­ren mit Was­ser zu Säu­ren.

Re­ak­ti­ons­glei­chung am Bei­spiel Koh­len­stoff­di­oxid:









Jus­tus von Lie­big (1803-1873) er­wei­ter­te die De­fi­ni­ti­on er­neut: Säu­ren sind Was­ser­stoff­ver­bin­dun­gen, in denen der Was­ser­stoff durch ein Me­tall er­setzt wer­den kann

Wir prü­fen auch dies, eben­falls am Bei­spiel Koh­len­säu­re (und Na­tri­um als Me­tall) - exis­tiert das Er­geb­nis?:









Für die nächst kom­ple­xe­re De­fi­ni­ti­on be­nö­ti­gen wir noch­mal die Zi­tro­nen­säu­re aus un­se­ren Bei­spiel­stof­fen und be­trach­ten ihre kris­tal­li­ne und ihre ge­lös­te Form.

Säu­ren und saure Lö­sun­gen

Was pas­siert ei­gent­lich, wenn Zi­tro­nen­säu­re in Was­ser ge­löst wird, um das Rei­ni­gungs­mit­tel Zi­tro­nen­säu­re­lö­sung her­zu­stel­len? Die For­mel von Zi­tro­nen­säu­re zeigt uns, dass es sich trotz der kris­tal­li­nen Struk­tu­ren des Fest­stoffs nicht um eine Io­nen­ver­bin­dung han­delt:

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Ent­wick­le aus­ge­hend von der Hy­po­the­se Wenn Zi­tro­nen­säu­re in Was­ser ge­löst wird, ent­ste­hen keine Ionen, da es sich nicht um eine Ver­bin­dung mit Io­nen­bin­dun­gen han­delt einen Ver­suchs­auf­bau, mit dem sie ge­stützt oder fal­si­fi­ziert wer­den kann.
  • Be­zie­he Dich dabei auf das Vor­wis­sen zu Sal­zen, Was­ser und Lö­sun­gen von Io­nen­ver­bin­dun­gen in Was­ser.
  • Nutze die Ei­gen­schaf­ten von Io­nen­ver­bin­dun­gen, um die Hy­po­the­se zu stüt­zen oder zu fal­si­fi­zie­ren.

Leit­fä­hig­keits­un­ter­su­chung von Zi­tro­nen­säu­re­lö­sung

Ma­te­ri­al: Be­cher­glas, Leit­fä­hig­keits­mes­ser, Spa­tel



Che­mi­ka­li­en: de­mi­ne­ra­li­sier­tes Was­ser, Zi­tro­nen­säu­re



Durch­füh­rung: Zu­nächst wird die Leit­fä­hig­keit von de­mi­ne­ra­li­sier­tem Was­ser ge­mes­sen. Dann wird eine Spa­tel­spit­ze Zi­tro­nen­säu­re zu­ge­ge­ben und er­neut ge­mes­sen.



Hin­weis: Be­ach­te, dass die Elek­tro­de des Leit­fä­hig­keits­mess­ge­rä­tes nach Be­nut­zung mit de­mi­ne­ra­li­sier­tem Was­ser ge­spült wer­den und ord­nungs­ge­mäß ver­packt wer­den muss.



Be­ob­ach­tun­gen:















































Deu­tung:

Ver­suchsnr. \ Wert

σ(demin. Was­ser)

σ(Zi­tro­nen­säu­re­lö­sung)





































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In­for­mie­re Dich über die Säu­re­de­fi­ni­ti­on von Ar­rhe­ni­us und er­klä­re, in­wie­fern die­ser Ver­such diese zur Er­klä­rung be­nö­tigt.

Was Ar­rhe­ni­us er­klärt

Arrhenius-​Definition

Eine Säure ist ein Stoff, der in Was­ser in ein Säu­re­res­ti­on und ein oder meh­re­re Pro­to­nen dis­so­zi­iert.

Eine Base ist ein Stoff, der in Was­ser in ein Res­ti­on und ein oder meh­re­re Hy­droxi­d­io­nen dis­so­zi­iert.

Bei­spiel­re­ak­tio­nen:

cha­rak­te­ris­ti­sche Teil­chen für Arrhenius-​Säuren/Basen

für saure Lö­sun­gen: Pro­ton (H+ aq)



für Lau­gen: Hydroxid-​Ion (OH- aq)

Was Ar­rhe­ni­us nicht er­klä­ren kann...

Löst man Am­mo­ni­ak­gas (NH3 (g)) in Was­ser, so er­hält man eine Flüs­sig­keit, die pH-​Papier blau färbt - sie ent­hält Hy­droxi­d­io­nen. Diese Re­ak­ti­on zeigt, dass die De­fi­ni­ti­on von Ar­rhe­ni­us er­wei­tert wer­den muss!

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Er­klä­re, warum diese Re­ak­ti­on zeigt, dass die Arrhenius-​Definition er­wei­tert werde muss.
4
Ana­ly­sie­re die fol­gen­den Re­ak­ti­ons­glei­chun­gen und for­mu­lie­re eine cha­rak­te­ris­ti­sche Ge­mein­sam­keit aller Säu­re­re­ak­tio­nen (das erste Edukt ist je­weils die Säure):

Ge­stat­ten? Bröns­ted...

Brönsted-​Definition

Säure: Pro­to­nen­do­na­tor

Base: Pro­to­nen­ak­zep­tor

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Prüfe, ob mit die­ser De­fi­ni­ti­on die Re­ak­ti­on von Am­mo­ni­ak mit Was­ser kor­rekt als Säure-​Base-Reaktion er­kannt wird.
6
Nimm Stel­lung zu der Aus­sa­ge, dass die Brönsted-​Definition uni­ver­sel­ler ist als die Arrhenius-​Definition.
Pro­to­ly­se­re­ak­ti­on

Eine Säure-​Base-Reaktion nach Bröns­ted be­zeich­nen wir als Pro­to­ly­se­re­ak­ti­on, weil eines der Eduk­te ein Pro­ton ab­gibt. Ein ty­pi­sches Bei­spiel für Pro­to­ly­se­re­ak­tio­nen sind Re­ak­tio­nen mit Was­ser, die saure Lö­sun­gen er­ge­ben. Dabei wird jedes ab­ge­ge­be­ne Pro­ton in einer ein­zel­nen Pro­to­ly­se­glei­chung an­ge­ge­ben:

Vo­ka­bel­teil

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Ei­ni­ge Säu­ren, Basen, saure Lö­sun­gen und Lau­gen kom­men so oft vor, dass es sich lohnt, sie wie Vo­ka­beln zu ler­nen. Suche die For­meln der fol­gen­den Stof­fe her­aus und be­fül­le eine Ta­bel­le wie nach­ste­hend mit den Er­geb­nis­sen:
  • Schwe­fel­säu­re, Chlor­was­ser­stoff, Sal­pe­ter­säu­re, Koh­len­säu­re, Phos­phor­säu­re, Am­mo­ni­ak, Na­tri­um­hy­droxid, Ka­li­um­hy­droxid, Cal­ci­um­hy­droxid

Säure

For­mel

Res­ti­on

For­mel

Schwe­fel­säu­re

H2SO4

Hydrogensulfat-​Ion

HSO4 -

Hydrogensulfat-​Ion

HSO4 -

Sulfat-​Ion

SO4 -

Chlor­was­ser­stoff

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...

...

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