Elemente und Moleküle, Schulbuch

52 4.2 SäURE-BASE-REAKtIONEN Säuren • Basen • pH-Wert • Pufferlösungen • Volumetrie Die Begriffe „Säure“ und „Base“ haben im Verlauf der Chemiegeschichte viele Be- deutungsveränderungen erfahren. So geht der Begriff „Säure“ auf eine Stoffei- genschaft – den sauren Geschmack – zurück. Der Franzose Antoine Lavoisier , der Entdecker der Rolle des Sauerstoffs für die Verbrennung, glaubte 1778 irrtümlich, dass alle Säuren Sauerstoff (Name!) enthalten. Als „Basen“ bezeichnete man Stof- fe, die die Wirkung von Säuren aufheben. „Basen“ galten als „Grundlage“ für die Bildung von Salzen. Der Schwede Svante Arrhenius entwickelte 1887 erstmalig eine zusammenhängende Theorie der Säuren und Basen, die weitgehend mit ex- perimentellen Ergebnissen übereinstimmte. Seine Theorie enthielt noch einige Mängel und wurde 1923 vom Dänen Johannes Br ø nsted zur Säure-Base-Theorie weiterentwickelt, die in diesem Buch vorgestellt wird. Säure-Base-Definition nach Brønsted Das entscheidende Teilchen bei Säure-Base-Reaktionen ist das H + -Ion. H + -Ionen be- stehen nur mehr aus einem Proton und werden daher in der Säure-Base-Theorie als Protonen bezeichnet. Säuren sind Protonenspender („Protonen-Donator“), Basen Protonenempfänger („Protonen-Akzeptor“). Bei einer Säure-Base-Reaktion wird immer ein Proton von einer Säure auf die Base übertragen (Abb. 52.1). Diese Reaktion bezeichnet man daher auch als Protolyse (Protonenablösung, Protonenübertragung). Für eine Pro- tolyse-Reaktion sind immer beide Reaktionspartner nötig. Nie kann eine Säure ein Proton abgeben, ohne dass dieses neu an eine Base gebunden wird. Freie Protonen sind im materieerfüllten Raum auf Grund ihrer großen Ladungsdichte nicht möglich. „Br ø nsted-Säuren“ sind, im weitesten Sinn, alle Stoffe, die Wasserstoff enthalten. Als allgemeine Formel für Säuren verwendet man daher das Symbol HA. Vorausset- zung für eine „Br ø nsted-Base“ ist die Fähigkeit, Protonen zu binden. Daher sind Ba- sen entweder Anionen oder Stoffe, die ein nicht bindendes (= freies) Elektronenpaar besitzen. Dieses befähigt sie, durch koordinative Bindung ein H + -Ion aufzunehmen. Als allgemeine Bezeichnung für Basen verwendet man das Symbol B – oder B. Jede Protolyse kann folgendermaßen formuliert werden: Alle Säure-Base-Reaktionen sind reversibel und führen zu einem sich rasch einstel- lenden Gleichgewicht. Aus der Säure HA entsteht durch Protonenabgabe eine Base A – und aus der Base B – die Säure HB. Jede Säure besitzt daher eine ganz bestimmte, ihr zugehörige Base. Ein solches zu- sammengehöriges Säure-Base-Paar bezeichnet man als konjugiert (Abb. 52.2). Viele Stoffe, wie zB Wasser und HSO 4 – , können sowohl die Funktion einer Säure wie auch die einer Base ausüben (Abb. 52.3). Diese Stoffe bezeichnet man als Ampho- lyte . Ob ein Ampholyt als Säure oder Base reagiert, hängt vom Reaktionspartner ab. Es reagiert immer die stärkste Säure mit der stärksten Base . 4 ANoRGANISCHe ReAKtIoNStYPeN Säure-Reaktion Base-Reaktion HCl und Cl - NH 4 + und NH 3 Säuren Basen Konjugierte Säure-Base-Paare (SB-Paare) Wasser als Base Wasser als Säure HA + B - A - + HB Säure Base für die Hinreaktion Säure Base für die Rückreaktion HCl + NH 3 Cl - + NH 4 + Säure (I) Base (II) Säure (II) Base (I) H 2 SO 4 HSO 4 - H 2 O NH 3 H 3 O + OH - O 2 - HSO 4 - SO 4 2 - OH - H 2 O NH 2 - Säuren Basen Weitere konjugierte SB-Paare: Säure und Base unterscheiden sich nur durch ein H + -Ion und dadurch auch in der Ladung Abb. 52.1: Protonenübertragung bei einer Säure-Base-Reaktion Abb. 52.3: Wasser als Säure und als Base Abb. 52.2: Konjugierte Säure-Base-Paare Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv