Säuren und Basen- Chemie
Hallo, ich habe eine Frage: Säuren sind ja bekanntlich Protonendonatoren und Basen Protonenakzeptoren. Doch woher weiß man, welcher Stoff eine Säure ist, und welche eine Base? Kann mir bitte jemand eine Säure-Base-Reaktion verständlich und einfach erklären, ich verstehe es einfach nicht. Vielen Dank schonmal im Vorraus!
2 Antworten
Man hat zwei Verbindungen deren Formeln durch Analyse ermittelt wurden. Diese beiden Verbindungen können offenbar miteinander reagieren. Dabei entstehen andere Stoffe. Es ist nun Aufgabe des Chemikers zu analysieren welche Formeln diese neu erhaltenen Verbindungen haben. Ist nun bei der Reaktion tatsächlich ein Proton von einer Verbindung auf die andere übergegangen, dann war es eine Protolyse. Jetzt kann man feststellen welches Edukt die Säure und welches die Base war. Eine wichtige Grundarbeit des Chemikers ist also die Analyse. Dies als Antwort zu Deiner ersten Frage.
Die Erklärung ener Protolyse hat Dir schon "eluutz" gegeben. Wenn es doch noch nicht so klar ist, dann einfach noch einmal hier nachfragen nach weiteren Beispielen.
Also ganz allgemein kann natürlich nur eine solche Verbindung Protonen abgeben - und damit nach deiner Definition eine Säure sein (Achtung, es gibt noch eine andere Säuredefinition, aber das führt zu weit), die auch Wasserstoff gebunden hat. Also ganz allgemein eine Verbindung des Typs A-H (mit A ein völlig beliebiges Rest, organisch, anorganisch, einzelnes Element oder Verbindung; H ist Wasserstoff). Die Säure reagiert dann unter Abspaltung des Protons:
A-H ---> A(-) + H(+)
(Ladungen üblicherweise hochgestellt, ich habe sie in Klammern geschrieben wegen des Editors hier). Diese Reaktion findet ohne Protonenakzeptor normalerweise nicht statt. Allerdings reicht Wasser oft bereits aus (daraus darfst du schliessen, dass Wasser unter Umständen als Base reagiert).
Ob eine Verbindung H(+) abgeben kann, hängt damit zusammen, wie stabil der Rest A(-) ist. Je weiter rechts oben (ausser den Edelgasen) ein Einzelion im Periodensystem ist, desto höher ist seine Neigung, Elektronen aufzunehmen. ABER weiter unten sind die Atome größer (mehr Aussenelektronen), deshalb kann da die Ladung von A(-) besser verteilt werden. Das ist nun wie in der Physik - je besser verteilt etwas ist, desto höher ist die Stabilität. Also ist I(-) stabiler als F(-) und HI die stärkere Säure gegenüber HF.
Kompliziert? Ich kann noch schlimmer...
Wenn du nun Atome hast, die eher Probleme haben, eine negative Ladung zu stabilisieren, so kannst du das mit elektronenziehenden Gruppen (wieder rechts oben im Periodensystem, am Besten Fluor) verstärken. Noch effektiver ist doppelt gebundener Sauerstoff. Also ist H2SO4 eine VIEL stärkere Säure als H2S; 3HC-OH (Methanol) ist wenig sauer, aber HC(O)-O-H (Ameisensäure) schon.
Zu kompliziert? Ok, vergiss es erstmal wieder.
Merke: jede Verbindung, an der Wasserstoff gebunden ist, kann diesen theoretisch als H(+) abspalten. Das machen nicht alle, weil der Energieaufwand in einigen Fällen zu hoch ist (oder ein entsprechend starker Reaktionspartner = Base gebraucht wird). Besonders Verbindungen bei denen Wasserstoff an Halogenen (F, Cl, Br, J), Sauerstoff und Schwefel gebunden ist, sind auch gegenüber Wasser bereits sauer. Elemente wie Stickstoff und Phospor, besonders aber Kohlenstoff, bilden auch Säure, dann ist aber das H, das als H(+) abgespalten werden soll, meistens über ein Sauerstoffmolekül (O) mit der anderen Atomesorte verknüpft.
Basen sind die umgekehrten Verbindungen, sie nehmen gerne H(+) auf. Entweder waren sie vorher schon negativ und können so die positive Ladung wieder "loswerden", Beispiel dafür OH(-) (z.B. aus Natronlauge), oder sie können das H(+) irgendwie so mit sich verbinden, dass sie Ladung gut verteilt wird (da haben wir wieder diese komische Prinzip von vorhin). Dafür braucht es eigentlich immer ein nicht-bindendes (freies) Elektronenpaar. Prädestiniert sind Stickstoffverbindungen (NH3) oder wie schon beschrieben positiv geladenen Ionen wie OH(-), H2O geht auch, dann bildet sich ein H3O(+)-Ion, dafür muss dann wieder die Säure stark sein.
Allgemein könnte man die Reaktionsgleichung so formulieren:
B(-) + H(+) ---> B-H
(für B gilt das gleiche wie für A in der ersten Gleichung)
Du siehst (vllt.), dass das alles ein großes Hin- und Her ist; einiges reagiert mal so, mal so; dann argumentiere ich mit starken und weniger starken Säuren/Basen. Deshalb auch mein kleiner Exkurz über die Stabilierung von Ladungen in Molekülen, damit kann man recht gut arbeiten, um eine Einschätzung zu geben. Wichtig auch: wenn ein Molekül ein Proton abgespalten hat, kann es fast immer auch wieder eines aufnehmen. Es bildet sich also eine Base, wenn eine Säure ein Proton hergibt. War es eine starke Säure, nun, so wird die Tendenz zur Aufnahme eines Protons gering sein (d.h. die entstandene Base ist schwach); war es eine schwache Säure gewesen, wird die Tendenz groß sein; gegenüber einer stärkeren Säure wird also die deprotonierte Verbindung immer wieder als Base reagieren.
