#008 - Chemische Verbindungen I (Säuren und Basen)

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Mit großen Schritten nähern wir uns dem Thema „Reaktionsgleichungen“. Diese habe ich zwar in der Vergangenheit mehrfach gezeigt, wir werden aber lernen, wie man solche Reaktionsgleichungen liest und selbst aufstellt. Hier ein Beispiel für eine solche Reaktionsgleichung:

NiSO₄ + 2NaOH → Ni(OH)₂ + Na₂SO₄

Wir werden dabei zwangsläufig mit vielen chemische Verbindungen arbeiten. Damit ich nicht laufend unterbrechen und die Verbindung erklären muss, möchte ich die häufigsten Verbindungen, mit denen wir arbeiten, in zwei Folgen ausgliedern.

In dieser Folge geht es um Säuren und Basen. Die zweite Folge behandelt Salze und Komplexe.

Bevor es um die Verbindungen geht, noch kurz zwei andere Themen.

In der letzten Folge mit dem Wasser kam das Thema Dissoziation auf. Da es dazu nachfragen gab, möchte ich diesen Vorgang und das „Warum“ noch einmal erläutern.

Allgemein bedeutet Dissoziation in der Chemie die Teilung einer chemischen Verbindung in Teilmoleküle, Atome oder Ionen. In unseren Beispielen wird vor allem letzteres der Fall sein. Die chemischen Verbindungen teilen sich, vorwiegend im Lösungsmittel Wasser, in Anionen und Kationen auf. Das passiert, weil die dipolare Ladung des Lösungsmittels stark genug ist, um die chemische Verbindung minimal zu trennen. Kation und Anion werden jeweils von einer Hydrathülle umgeben.

Bei Säuren und Basen wird als Maß der Dissoziationsgrad angegeben. Dieser sagt aus, zu wie viel Prozent eine Verbindung dissoziiert. Je höher der Dissoziationsgrad, umso stärker wird die entsprechende Säure oder Base eingestuft.

Das zweite Thema ist der pH-Wert. Dazu wird es später eine ausführliche Folge geben, weshalb ich es an dieser Stelle, da wir über Säuren und Basen sprechen, nur kurz anschneiden möchte.

Vereinfacht gesagt ist der pH-Wert das Gleichgewicht zwischen H+ und OH- - Ionen. Wir haben gelernt, das auch Wasser in H+ und OH- dissoziiert bzw.

2H₂O → H₃O⁺ + OH^-

Säuren dissoziieren in H⁺ und den Säurerest. Anbei noch einmal ein paar Beispiele aus der Wasser-Folge.

Mehrprotonige Säuren wie die Schwefelsäure oder die Phosphorsäure geben zunächst nur ein Proton ab. Erst bei weiterem Verbrauch, wie etwa der Zugabe von Lauge, werden weitere Protonen abgegeben.

Der pH-Wert gibt die Konzentration der Wasserstoffionen auf einer Skala von 0 bis 14 an. 7 ist neutral und entspricht dem Wert von reinem Wasser. Alles unterhalb von 7 ist sauer, alles oberhalb von 7 basisch.

Wein beispielsweise hat den pH-Wert von vier. Seife liegt bei etwa 9 bis 10. Wichtig ist dabei zu wissen, dass die Skala nicht linear, sondern nach dem Zehnerlogarithmus verläuft.

Die Definition ist: Der pH-Wert ist der negative dekadische Logarithmus der Wasserstoffionen-Aktivität. Früher sagte man statt „Wasserstoffionen-Aktivität“ „Wasserstoffionenkonzentration“. Das ist zwar nicht ganz richtig, weshalb die Definition geändert wurde, ist aber zur Vorstellung, was der pH-Wert ist, einfacher.

Den pH-Wert kann man mit unterschiedlichen Methoden bestimmen. Die bekannteste ist das Lackmuspapier. Je nach Papier zeigt es auf einer weiten Skala, meistens 1 bis 11, unterschiedliche Farben an. Somit lässt sich zumindest grob der pH-Wert sehr einfach bestimmen.

Wie gesagt werden wir das Thema in einer extra Folge vertiefen, weshalb es nun an Säuren und Basen geht.

Folgende Säuren sollte man sich merken:

Flusssäure → HF
Salzsäure → HCl
Schwefelwasserstoff → H₂S
Schwefelsäure → H₂SO₄
Schweflige Säure → H₂SO₃
Salpetersäure → HNO₃
Phosphonsäure → H₃PO₃
Kohlensäure → H₂CO₃
Borsäure → H₃BO₃
Chromsäure → H₂CrO₄
Cyanwasserstoff → HCN

Ich verwende bewusst einfache Verbindungen. Acetylsalicylsäure (HOOC-C₆H₄-COOCH₃) und andere „komplizierte“ Verbindungen brauchen wir nicht.
Für alle, die das „Königswasser“ vermissen sei gesagt: Dabei handelt es sich um eine Mischung aus 3 Teilen Salzsäure und 1 Teil Salpetersäure.

Nun kommen wir zu den Basen:

Natriumhydroxid → NaOH
Kaliumhydroxid → KOH
Calciumhydroxid → Ca(OH)₂
Aluminiumhydroxid → Al(OH)₃
Ammoniumhydroxid → NH4OH

Wir werden auch viele Basen aus sogenannten Fällungsreaktionen erhalten. Das erste Beispiel dieses Videos ist eine solche.

NiSO₄ + 2NaOH → Ni(OH)₂ + Na₂SO₄

Das Salz Nickelsulfat reagiert mit Natriumhydroxid zu Nickel(II)-hydroxid und Natriumsulfat. Das Nickel(II)-hydroxid fällt dabei aus, lässt sich also filtrieren.

Reaktionen, in denen eine Säure mit einer Base reagiert, nennt man auch Neutralisationsreaktion. Das bedeutet im Prinzip, dass sich der pH-Wert der Ausgangsstoffe in Richtung des neutralen Punkts, also sieben, bewegt. Beispiel:

HCl + NaOH → NaCl + H₂O

Wir können natürlich auch dem gefilterten Nickel(II)-hydroxid Salzsäure zugeben.

Ni(OH)₂ + 2HCl → NiCl₂ + 2H₂O

Somit kann man das Nickel auflösen und das Resultat ist das Salz Nickelchlorid mit Wasser.

In der nächsten Folge reden wir dann über Salze und Komplexe. Anschließend besprechen wir sehr ausführlich die Reaktionsgleichungen.

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