In untenstehendem Tool können Sie sich einige grundlegende Sachverhalte und Begriffe zum Thema Säuren und Basen ansehen:
Wählen Sie zunächst den Menüpunkt "Einführung". Hier können Sie mit Hilfe einer super-starken Lupe die Teilchen verschiedener Lösungen betrachten.
Tauchen Sie zu Beginn das pH-Meter in die Lösung, stellen die Ansicht auf "Moleküle" und zeigen sich ruhig auch das Lösungsmittel mit an!
Jetzt können Sie der Reihe nach Wasser, Säuren und Basen untersuchen.
Sie sollten Folgendes bemerken:
Reines Wasser:
Wie zu erwarten, sehen Sie fast ausschließlich die grau dargestellten Wassermoleküle. Dennoch sind einzelne dieser Moleküle nach der unter dem Becherglas angegebenen Formel in H3O+ (Oxonium-ionen) und OH- (Hydroxid-Ionen) zerfallen. Man sagt auch "dissoziiert".
OH- (dunkelblaue Teilchen) und H3O+ (orange Teilchen) liegen immer in gleicher Anzahl vor. Aus diesem Grund ist Wasser "neutral". In der Vorlesung werden Sie noch weitere Details zur "Autoprotolyse des Wassers" hören und können dann anhand des Ionenproduktes des Wassers auch den pH von 7 begründen. (Vielleicht klingelt auch was aus dem Schulunterricht...?)
Schwache Säure:
Sehen Sie sich im nächsten Schritt zunächst die schwache Säure an. Achtung! Das ist der übernächste Punkt im Auswahlmenü.
Sie sehen, dass in das hellgrau dargestellte Wasser nun dunkelgrau dargestellte Säure-Moleküle gegeben werden. Die unterhalb des Becherglases angegebene Formel zeigt, dass diese Moleküle ebenso dissoziieren, wie wir das vorher beim Wasser beobachten konnten: Aus einigen dieser HA-Teilchen geht ein Proton (H+) auf ein Wassermolekül über und bildet so ein (orange dargestelltes) H3O+. Beachten Sie, dass die hellblauen Teilchen die übriggebliebenen Säurerestionen (A-) sind. (Verwechseln Sie sie nicht mit den dunkelblau dargestellten OH- Ionen, welche wir vorher beim reinen Wasser gesehen haben!) Unsere Lösung enthält jetzt H3O+ Ionen im Überschuss - sie ist "sauer" (es sind nicht wie vorher im Wasser OH- Ionen vorhanden die zu einer Neutralisation führen würden). Den sauren Charakter können wir auch am pH-Meter ablesen, welches einen Wert < 7 anzeigt.
Starke Säure:
Kommen wir nun zur starken Säure. Im Prinzip ist alles identisch wie das, was wir bereits für die schwache Säure beobachten konnten. Der gemessene pH-Wert liegt allerdings noch ein Stückchen tiefer als vorher. Das bedeutet, es liegen noch mehr H3O+ Ionen in der Lösung vor. Woher kommen sie? Die Formel zeigt den selben Zusammenhang wie für die schwache Säure aber unter der Lupe können Sie erkennen, dass keine dunkelgrauen HA-Teilchen mehr sichtbar sind. Sie sind komplett zu blauen A- und orangen H3O+ dissoziiert. Und genau diese Eigenschaft ist hier ausschlaggebend:
Starke Säuren dissoziieren (nahezu) komplett - in wässrigen Lösungen liegt (nahezu) keine Ausgangssäure mehr vor. Alle HA-Teilchen sind zu A- und H3O+ zerfallen. Bei schwachen Säuren zerfällt stets nur ein gewisser Teil; der Rest der Säure-Moleküle bleibt unverändert in Lösung.
(Unter dem interaktiven Bereich finden Sie noch die Betrachtung der entsprechenden Basen)
Für Basen sind die Zusammenhänge vergleichbar zu jenen, welche wir bereits für die Säuren beobachten konnten.
Beginnen wir zunächst wieder mit der schwachen Base (unterster Menüpunkt).
Schwache Base:
Bei der Base B (dunkelgrau) handelt es sich nun nicht um ein Teilchen, welches Protonen (H+) abgeben kann, sondern umgekehrt um eines, welches unter der Aufnahme von Protonen die gelb dargestellten BH+-Teilchen bildet. Das aufgenommene Proton stammt aus einem Wassermolekül. Dieses bleibt nach der Reaktion als OH- zurück. Die Lösung ist also nun durch OH- dominiert und zeigt einen pH-Wert > 7 - sie ist basisch.
Starke Base:
So wie wir bereits starke und schwache Säuren kennengelernt haben, gibt es auch starke und schwache Basen. Und auch hier liegt der Unterschied nur im Grad ihrer Reaktion. Während bei der schwachen Base noch freies "B" in der Lösung zu beobachten ist, ist das in der starken Base nicht mehr der Fall. Ungünstigerweise unterscheidet sich die Benennung der Teilchen im obenstehenden interaktiven Tool zwischen schwacher und starker Base etwas. Das, was für die schwache Base "B" hieß, heißt bei der starken "MOH" und das "BH+" der schwachen Base wird für die starke "M+" genannt. Die Zusammenhänge sind aber exakt die selben. Sie sehen, dass in der starken Base noch deutlich mehr OH- vorhanden sind und entsprechend der pH-Wert noch höher liegt als in der schwachen.
Test 1: Wie lauten die Definitionen für Säuren und Basen nach Brønstedt?
Test 2: Namen und Formeln von Säuren. Ergänzen Sie jeweils Name oder Formel! Auf das Tiefstellen der Koeffizienten können Sie verzichten. Schreiben Sie z.B. H2SO4.
Test 3: Ein- und mehrprotonige Säuren. Ordnen Sie zu!
Test 4: Säuren und ihre Säurerestionen. Vervollständigen Sie die Tabelle analog des Beispiels in der ersten Zeile!
Test 5: Säure oder Base? Geben Sie an, ob das jeweils noch einmal genannte Teilchen bei den folgenden Reaktionen eine Säure (S) oder eine Base (B) ist!