Didaktik der Chemie / Universität Bayreuth

Stand: 20.09.10

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4 Säuren und Basen

Material: V 1-2

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 4.1 Saure Lösungen

Wenn man von Chemie spricht, denkt der Laie in erster Linie an "alles verätzende Säure".

Den Säuren als Stoffklasse kommt tatsächlich eine große Bedeutung zu, doch sind sie weit weniger zu fürchten als es der Volksmund vermuten lässt, vor allem dann, wenn man ihr chemisches Verhalten kennt.

V1: Ein Nichtmetalloxid
M:
bulletSchwefel
bulletSauerstoff
bulletgroßer Standzylinder, Abdeckpl.
bulletVerbrennungslöffel
bulletBrenner/Feuerzeug
D1: Sauerstoff und etwas Wasser in den Zylinder füllen, etwas S in den Verbrennungslöffel und in den Zylinder einführen.
B1: Es passiert nichts. Grund?
D2: Aktivierungsenergie: anzünden, dann einführen.
B2: Schwefel brennt in Sauerstoff heftig mit blauer Flamme. Es entsteht ein gasförmiges, weißen Nebel bildendes Produkt.
I: Bei dem Produkt handelt es sich um ein Schwefeloxid. Der weiße Nebel ist ein nebenher entstehender Anteil an SO3, was in der Gleichung vernachlässigt wird.

S(s) + O2(g)   ----->     SO2(g)   dH<0 ; es entsteht Schwefel(IV)-oxid.

Nichtmetalloxide kann man über eine Synthese aus den Elementen herstellen.

Hinweis: Schwefel nimmt eine andere Wertigkeit an, als die Berechnung nach der Regel ergeben würde. Periode höher als 2!

Bei Elementen aus den Perioden 3-7 sind:

bulletWertigkeiten größer 4 und
bulletmehrere Wertigkeiten beim gleichen Element möglich.

Wir erschließen diese Wertigkeit aus der der Bindungspartner.

V2: Nichtmetalloxid und Wasser
M:
bulletLackmuslösung
bulletRG
D: Zylinder mit dem Wasser schütteln. Dann etwas Lackmuslösung in das RG und in den Zylinder geben und Vergleich der Farben.
B: Diese Lösung färbt Lackmuslösung nach rot um.
I: Schwefel(IV)-oxid hat mit Wasser reagiert. Das Produkt färbt die Lackmuslösung nach rot um.

SO2 + H2O   ----->   H2SO3   dH<0 ; es entsteht schweflige Säure.

Nichtmetalloxide reagieren mit Wasser zu Säuren. Man erkennt sie an der allgemeinen Formel:

HnR.

wobei:

bulletn = Zahl der Säure-Wasserstoffkationen (wird später erklärt)
bulletR = Säurerest.

und an der typischen Umfärbung von Indikatoren (=Säure-Anzeiger).

Name H + Rest Name Rest
Sauerstoffhaltige Säuren:
Schweflige Säure H2 SO3 Sulfit
Schwefelsäure H2 SO4 Sulfat
Salpetersäure H NO3 Nitrat
Salpetrige Säure H NO2 Nitrit
Kohlensäure H2 CO3 Carbonat
Phosphorsäure H3 PO4 Phosphat
Wasser H2 O Oxid
Sauerstoffreie Säuren:
Salzsäure H Cl Chlorid

Hinweis: es gibt eine wichtige sauerstofffreie Säure; man stellt sie aus den Elementen her und löst das Produkt in Wasser:

H2(g) + Cl2(g) -----> 2 HCl(g)   dH<0 ; es entsteht Wasserstoffchlorid.

HCl(g) + aq  ----->  H+(aq) + Cl-(aq)   dH<0 ; es entsteht Salzsäure.

Vereinbarung: falls nur "HCl" angegeben wird, verstehen wir unter dieser Schreibweise die Salzsäure, d.h. die Lösung von HCl(g) in Wasser. Den Reinstoff HCl(g) kennzeichnen wir durch den Zusatz (g)!

Zusammenfassung:

Säuren:

bulletschmecken sauer,
bulletfärben Indikatoren in charakteristischer Weise um,
bulletbestehen aus Säurewasserstoff und einem Säurerest (Nichtmetall).
bulletSauerstoffhaltige Säuren entstehen aus Nichtmetalloxiden und Wasser. z.B.:

CO2(g) + H2O(l) -----> H2CO dH<0 Kohlensäure

bulletihre Zerlegung liefert wieder Wasser und Nichtmetalloxide:

H2CO3 --------> H2O(l) + CO2(g)   dH>0

Tafelskizze / Folien: Struktur von Säuren und ihren Resten

Das Phänomen, dass eine Ladung in einem Molekül über mehr als ein Atom verteilt sein kann, bezeichnet man als Mesomerie (besser: Resonanz).

Bei der Darstellung der Resonanz in Strukturformeln haben wir gewisse Schwierigkeiten, die nicht auf Tatsachen sondern allein auf der Schreibweise beruhen. Daraus hilft man sich mit der Formulierung der beiden Extreme, der Grenzstrukturen, die es aber in Realität nicht gibt: in Wirklichkeit liegt die Struktur genau dazwischen.

Hinweis: Das Phänomen kann erst mit der Orbitaltheorie der chemischen Bindung erklärt werden.

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    E-Mail an: Walter.Wagner ät uni-bayreuth.de