3.1 Protonenübergänge nach Brønsted
Säuren und Basen werden über ihre Rolle definiert: Die Säure gibt ein Proton ab, die Base nimmt es auf — beides geschieht immer gleichzeitig.
Säure = Protonendonator
Das Proton ist nur der Atomkern \(\mathrm{H^+}\); das Elektronenpaar bleibt beim Säurerest. In Wasser entsteht das Oxonium-Ion.
Base = Protonenakzeptor
Die Base braucht ein freies Elektronenpaar. Beispiele: \(\mathrm{NH_3}\), \(\mathrm{OH^-}\), \(\mathrm{O^{2-}}\). Lauge = Lösung mit \(\mathrm{OH^-}\).
Korrespondierende Paare
Säure und Base, die sich um genau ein \(\mathrm{H^+}\) unterscheiden. Jede Säure-Base-Reaktion verbindet zwei Paare — über Kreuz.
Ampholyt
Kann je nach Partner Protonen abgeben oder aufnehmen. Wasser reagiert sogar mit sich selbst (Autoprotolyse).
Base oder Lauge?
Die Base ist ein Teilchen, die Lauge eine Lösung. In Natronlauge ist das Hydroxid-Ion \(\mathrm{OH^-}\) die Base; \(\mathrm{Na^+}\) ist nur Zuschauer. Ebenso enthält Salzsäure keine HCl-Moleküle mehr, sondern \(\mathrm{H_3O^+}\) und \(\mathrm{Cl^-}\).
3.2 Die pH-Skala
Der pH-Wert fasst die winzige Konzentration der Oxonium-Ionen in einer handlichen Zahl zusammen — jede Stufe ist ein Faktor 10.
pH-Wert
pH = Exponent von \(c(\mathrm{H_3O^+})\) ohne Minuszeichen. pH < 7 sauer, pH = 7 neutral, pH > 7 alkalisch (25 °C).
Zehnerschritte
Verdünnen 1 : 10 → \(c(\mathrm{H_3O^+})\) zehnmal kleiner → pH + 1 (bei Laugen − 1). Über pH 7 hinaus kommt man nie.
Ionenprodukt
Jede wässrige Lösung enthält beide Ionensorten. Lauge mit \(c(\mathrm{OH^-}) = 10^{-2}\,\mathrm{mol/L}\) hat pH 12.
Im Alltag
Säuren: Essig-, Citronen-, Kohlen-, Phosphorsäure, Salzsäure im Magen. Basen: NaOH im Rohrreiniger, \(\mathrm{NH_3}\) im Glasreiniger, Natron.
Sicherheit im Haushalt
Je weiter der pH-Wert von 7 entfernt ist, desto ätzender die Lösung (Piktogramm GHS05). Reiniger nie mischen — saurer WC-Reiniger und Chlorreiniger setzen giftiges Chlorgas frei. Beim Verdünnen immer erst das Wasser, dann die Säure.
3.3 Neutralisation und Salze
Oxonium- und Hydroxid-Ionen reagieren zu Wasser; übrig bleiben die Zuschauer-Ionen, die beim Eindampfen ein Salz bilden.
Neutralisation
Jedes \(\mathrm{OH^-}\) nimmt ein Proton von einem \(\mathrm{H_3O^+}\) auf. \(\mathrm{Na^+}\) und \(\mathrm{Cl^-}\) bleiben gelöst. Die Reaktion ist exotherm.
Titration
Lauge bekannter Konzentration aus der Bürette zutropfen, bis der Indikator umschlägt (Bromthymolblau: gelb → grün → blau).
pH-Sprung
Am Äquivalenzpunkt gilt \(n(\mathrm{OH^-}) = n(\mathrm{H_3O^+})\). Kurz davor und danach ändert ein Tropfen den pH-Wert um mehrere Stufen.
Salzformeln
Kation aus der Lauge + Säurerest-Ion. Ladungen gleichen sich im kleinsten Verhältnis aus; mehratomige Ionen in Klammern.
Mehrprotonige Säuren
Schwefelsäure liefert zwei Protonen pro Molekül: \(n(\mathrm{H_3O^+}) = 2\cdot n(\mathrm{H_2SO_4})\). Bei gleicher Konzentration braucht man doppelt so viel Natronlauge wie für Salzsäure.
Die Regeln, an denen die Punkte hängen
Diese drei Stellen kosten in der Klausur am häufigsten Punkte.
Proton, nicht H-Atom — und Ladungen bilanzieren
Die Säure gibt nur \(\mathrm{H^+}\) ab, das Elektronenpaar bleibt zurück. Nach jeder Gleichung die Ladungssumme links und rechts vergleichen und die korrespondierenden Paare über Kreuz einzeichnen.
pH ist logarithmisch
Eine pH-Stufe ist ein Faktor 10, nicht ein „Stück mehr“. Kleiner pH-Wert heißt mehr Oxonium-Ionen. Bei Laugen erst \(c(\mathrm{H_3O^+})\) über das Ionenprodukt bestimmen: pH = 14 − Exponent von \(c(\mathrm{OH^-})\).
Stoffmengen statt pH-Werte vergleichen
Für die Neutralisation zählt \(n = c\cdot V\), nicht der pH-Wert allein. Bei mehrprotonigen Säuren den Faktor (2 bei \(\mathrm{H_2SO_4}\)) mitnehmen, Volumina in Liter oder konsequent in mL und mmol rechnen.
