Was macht einen Stoff zur Säure oder Base? Verfolge die Übertragung eines Protons und erkenne, weshalb Wasser je nach Reaktionspartner beide Rollen übernehmen kann.
Drei kurze Aufgaben helfen dir, deinen Startpunkt zu finden. Wenn du unsicher bist, wähle „Weiß ich noch nicht“.
Entscheide ohne Nachschlagen. Pro Aufgabe passt genau eine Antwort.
Zitronensaft enthält Säuren, eine Seifenlösung reagiert meist basisch. Solche Alltagsbeispiele helfen beim Einstieg. Die chemische Erklärung fragt aber genauer: Welche Teilchen reagieren miteinander, und was wird übertragen? Chemikalien werden niemals durch Schmecken geprüft.
Donator bedeutet Geber. Beispiel: HCl gibt H+ an Wasser ab und wird zu Cl−.
Akzeptor bedeutet Empfänger. Beispiel: H2O nimmt dieses H+ auf und wird zu H3O+.
Diese Definition stammt von Brønsted. Eine Protonenübertragung heißt Protolyse. Säure und Base reagieren dabei miteinander.
H⁺ ist das Wasserstoffion. Beim häufigsten Wasserstoffisotop besteht es aus einem Proton. Es wird kein neutrales Wasserstoffatom mit seinem Elektron übertragen. In einer wässrigen Lösung liegt H⁺ nicht als frei herumliegendes, ungebundenes Proton vor; wir schreiben für das hydratisierte Proton vereinfachend H₃O⁺, das Oxoniumion.
Beginne bei „HCl und Wasser“. Verfolge das übertragene H+ und vergleiche die Formeln vorher und nachher. Wechsle dann zu „Ammoniak und Wasser“: Übernimmt Wasser dieselbe Rolle?
HCl gibt ein Proton ab; Wasser nimmt es auf. Die Säure-Base-Paare sind HCl/Cl⁻ und H₃O⁺/H₂O. In verdünnter wässriger Lösung liegt das Gleichgewicht sehr weit auf der Produktseite.
Vorhersagen und überprüfen: Ist Wasser bei HCl und bei Ammoniak jeweils die Base?
Nein. Gegenüber HCl nimmt Wasser ein Proton auf und ist die Base. Gegenüber NH₃ gibt Wasser ein Proton ab und ist die Säure. Wasser kann beide Rollen übernehmen und heißt deshalb Ampholyt.
1. Vorher und nachher vergleichen: Aus HCl wird Cl⁻. Das Teilchen hat ein H⁺ abgegeben. HCl ist deshalb in dieser Reaktion die Säure.
2. Den Empfänger suchen: Aus H₂O wird H₃O⁺. Wasser hat ein H⁺ aufgenommen und ist hier die Base. Es entstehen Oxoniumionen, die das saure Verhalten der Lösung erklären.
3. Die Bilanz prüfen: Auf beiden Seiten stehen insgesamt drei Wasserstoffatome, ein Sauerstoffatom und ein Chloratom. Links ist die Gesamtladung null; rechts heben sich +1 und −1 auf.
Chlorwasserstoff HCl ist ein Stoff; seine wässrige Lösung heißt Salzsäure. Der Pfeil nach rechts beschreibt die in verdünntem Wasser praktisch vollständige Protonenübertragung. Eine saure Lösung ist nicht einfach eine Ansammlung unveränderter HCl-Moleküle.
Wenn eine Säure H⁺ abgibt, bleibt ihre zugehörige oder konjugierte Base zurück. Diese kann das Proton wieder aufnehmen. Umgekehrt entsteht aus einer Base durch Protonenaufnahme ihre zugehörige Säure.
Ein Säure-Base-Paar unterscheidet sich genau um ein H⁺. Beispiele sind HCl/Cl⁻, H₃O⁺/H₂O und NH₄⁺/NH₃. Die Säure steht in dieser Schreibweise jeweils zuerst. Bei der Protonenabgabe wird die Ladung um eins negativer: Aus NH₄⁺ wird das neutrale NH₃.
Achtung: HCl und H₂O sind im ersten Beispiel die miteinander reagierenden Partner, aber kein konjugiertes Paar. HCl/Cl⁻ ist ein Paar; H₃O⁺/H₂O ist das andere. Suche zum Zuordnen immer dasselbe Teilchengerüst mit genau einem H⁺ Unterschied.
| Säure | Zugehörige Base |
|---|---|
| HCl | Cl− |
| H3O+ | H2O |
| NH4+ | NH3 |
Ammoniak NH₃ nimmt von einem Wassermolekül ein Proton auf. Es wird zum Ammoniumion NH₄⁺. Das Wasser gibt dieses Proton ab und wird zum Hydroxidion OH⁻. Hier ist also NH₃ die Base und H₂O die Säure.
Der Gleichgewichtspfeil bedeutet, dass Hin- und Rückreaktion möglich sind. Ammoniak reagiert mit Wasser nur teilweise. Die gebildeten Hydroxidionen machen die Lösung basisch. Eine Base muss daher nicht bereits OH⁻ in ihrer Formel enthalten.
Wasser kann Protonen aufnehmen oder abgeben. Ein solches Teilchen nennt man Ampholyt. Seine Rolle ergibt sich aus der betrachteten Reaktion. „Wasser ist immer nur neutral und reagiert nicht“ wäre deshalb falsch: Neutral beschreibt eine Eigenschaft einer Lösung, nicht das Fehlen aller Säure-Base-Reaktionen.
Eine Lauge ist eine basische wässrige Lösung. Löst sich Natriumhydroxid in Wasser, liegen Na⁺ und OH⁻ vor. Das Hydroxidion ist eine Brønsted-Base, weil es H⁺ aufnehmen kann. Natronlauge enthält also Teilchen, die als Protonenempfänger reagieren können.
Stark oder schwach beschreibt, wie weit eine Säure oder Base mit Wasser reagiert. Salzsäure gehört zu den starken Säuren in Wasser, Essigsäure zu den schwachen. Konzentriert oder verdünnt beschreibt dagegen die vorhandene Stoffmenge pro Lösungsvolumen. Eine starke Säure kann stark verdünnt sein.
Die Carboxylgruppe –C(=O)–OH enthält das bei der üblichen Protolyse abgebbare Proton. Dieses H ist orange markiert.
Nach der Abgabe bleibt CH3COO− zurück. Die drei H-Atome der CH3-Gruppe bleiben erhalten.
Gekürzte Strukturformeln: C–H-Bindungen und freie Elektronenpaare sind nicht einzeln dargestellt. Beim Acetat ist eine Grenzstruktur gezeigt; die negative Ladung ist über beide O-Atome verteilt.
Übertragung an Wasser: CH3COOH + H2O ⇌ CH3COO− + H3O+. Man entfernt also nicht beliebig ein H aus der Summenformel.
Oxonium überträgt ein Proton auf Hydroxid. Es entstehen zwei Wassermoleküle. Bei Salzsäure und Natronlauge bleiben die Natrium- und Chloridionen dabei in Lösung; sie sind an dieser zentralen Protonenübertragung nicht beteiligt.
Ob eine Mischung anschließend sauer, neutral oder basisch ist, hängt von den eingesetzten Stoffmengen und den Stoffarten ab. Gleiche Volumina allein garantieren keine Neutralität. Das berechnen wir auf der eigenen Seite zur Neutralisation genauer.
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Ein Protonendonator
Eine Säure kann H⁺ abgeben. Donator bedeutet Geber.
Ein Protonenakzeptor
Eine Base kann H⁺ aufnehmen. Dafür muss OH⁻ nicht schon in ihrer Formel stehen.
Protolyse
Bei der Protolyse überträgt eine Säure ein Proton auf eine Base.
H₃O⁺
H₃O⁺ ist die vereinfachte Schreibweise für das hydratisierte Proton in Wasser.
Genau ein H⁺ Unterschied
Protonenaufnahme oder -abgabe verbindet die beiden Teilchen.
Eine basische wässrige Lösung
Lauge bezeichnet eine basische Lösung in Wasser.
Säure
HCl gibt H⁺ an Wasser ab und wird zu Cl⁻.
Base
Wasser nimmt H⁺ auf und wird zu H₃O⁺.
NH₃
Nach Abgabe eines H⁺ bleiben drei H-Atome am Stickstoff; die Ladung sinkt von +1 auf 0.
Base
NH₃ nimmt ein Proton auf und wird zu NH₄⁺.
Säure
Wasser gibt hier H⁺ ab und wird zu OH⁻.
CH₃COO⁻
Das Proton der Carboxylgruppe wird abgegeben. Die drei H der CH₃-Gruppe bleiben erhalten.
Sie unterscheiden sich nicht nur um ein H⁺
HCl/Cl⁻ und H₃O⁺/H₂O sind die zugehörigen Paare. Reaktionspartner sind nicht automatisch ein Paar.
Es kann je nach Partner H⁺ aufnehmen oder abgeben
Seine Rolle ergibt sich aus der jeweiligen Protonenübertragung.
Stärke betrifft die Reaktion mit Wasser, Konzentration die Menge pro Volumen
Auch eine stark verdünnte Salzsäure enthält eine in Wasser starke Säure.
Es nimmt von Wasser H⁺ auf, wobei OH⁻ entsteht
Die Brønsted-Definition verlangt Protonenaufnahme, nicht eine bestimmte OH-Schreibweise.
Atome und Gesamtladung bleiben erhalten
Links ist die Gesamtladung null, rechts −1 + 1 = 0. Auch jede Atomsorte stimmt überein.
Konzentrationen, Stoffmengenverhältnisse und Stoffarten müssen passen
Gleiches Flüssigkeitsvolumen bedeutet nicht automatisch passende reagierende Stoffmengen.
Bearbeite drei weitere Aufgaben ohne Nachschlagen. Nutze die Rückmeldung, um gezielt weiterzulernen.
Entscheide ohne Nachschlagen. Pro Aufgabe passt genau eine Antwort.
Die Aufgaben sind unterschiedlich. Die Ergebnisse geben dir eine kurze Orientierung zu deinem Lernstand.
Erst selbst lösen, dann die Lösung öffnen.
Ein Proton H⁺.
Es nimmt H⁺ auf und ist die Base.
NH₃. Es unterscheidet sich um ein H⁺; die Ladung sinkt von +1 auf 0.
Es nimmt ein Proton auf. Bei der Reaktion mit Wasser entstehen dabei OH⁻-Ionen.
Nein. Stärke beschreibt das Reaktionsverhalten mit Wasser, Konzentration die Stoffmenge pro Lösungsvolumen.
Zwei Wassermoleküle: H₃O⁺ + OH⁻ → 2 H₂O. Atome und Gesamtladung bleiben erhalten.
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