Was ist das Besondere an Säuren?

Säuren, chemische Verbindungen, die (nach älterer Definition; weitere Definitionen: ä vgl. Infobox ) in wäßrigen Lösungen reversibel zu Protonen (H+) und einem Säure-Anion (A–) nach der Gleichung HA ⇌ H+ + A– dissoziieren (Dissoziation, elektrolytische Dissoziation). Die Konzentration der entstehenden Protonen (pH-Wert [Tab.]) ist mit der Säurestärke korreliert (Acidität), d.h., starke Säuren (z.B. Salzsäure) dissoziieren praktisch vollständig, während schwache Säuren (z.B. Essigsäure) nur teilweise dissoziieren. Durch die Protonen werden Indikator-Farbstoffe (Indikator), z.B. Lackmus, in die entsprechenden protonierten Formen übergeführt und erfahren dabei den für bestimmte pH-Werte charakteristischen Farbumschlag. Die gegenüber Wasser oder neutralen Lösungen erhöhte Protonenkonzentration führt über die Geschmacksrezeptoren zur Empfindung „sauer schmeckend“ (chemische Sinne [Abb.]). Säuren bilden mit Basen unter Wasseraustritt Salze. Nach der Zahl der H+-Ionen, die eine Säure abspalten kann, unterscheidet man einbasige Säuren (einfache Carbonsäuren, wie z.B. die Fettsäuren), zweibasige Säuren (Oxalsäure, Bernsteinsäure, Schwefelsäure) und dreibasige Säuren (Phosphorsäure, Citronensäure). – Vorkommen von Säuren: In der belebten Natur sind Säuren weitverbreitet. Da in den meisten Zell- und Körperflüssigkeiten ein nur wenig vom Neutralpunkt abweichender pH-Wert herrscht (Säure-Base-Gleichgewicht), liegen hier Säuren in der Regel in Form ihrer Anionen vor. Eine wichtige Ausnahme bildet die Salzsäure des Magens. Vielfach liegen Säuren auch in veresterter Form (Ester) vor. Wichtige in der belebten Natur vorkommende Säuren sind: Kohlensäure, Fettsäuren, Phosphorsäuren und ihre Ester (Nucleotide, Zuckerphosphate u.a.), Aminosäuren, Fruchtsäuren (Tab.), Uronsäuren, Nucleinsäuren (Desoxyribonucleinsäuren und Ribonucleinsäuren). – Bedeutende Forschungsarbeiten über Säuren lieferten u.a. S.A. Arrhenius, N.J. Bjerrum, R. Boyle, J.N. Brønsted, H. Davy, A.L. de Lavoisier, G.N. Lewis, J. von Liebig, T.M. Lowry. – Acidität, Elektrolyte, Puffer, Säure-Base-Gleichgewicht, Säure-Base-Reaktion, saure Reaktion.

Säuren und Basen haben wir bereits in der Mittelstufe kennengelernt. Als kleine Wiederholung hier noch einmal die Definition nach Brønstedt:

• Säuren sind Stoffe, die Protonen (H+) abgeben und werden daher auch Protonendonatoren genannt.
• Basen sind Stoffe, die Protonen (H+) aufnehmen und werden daher auch Protonenakzeptoren genannt.
• Eine Säure-Base-Reaktion ist eine chemische Reaktion, bei der ein Protonenübergang von der Säure zur Base stattfindet.
• Eine Protolyse ist eine chemische Reaktion, bei der ein Proton von einer Säure auf eine Base übergeht.

Wichtig: Eine Säure kann nur Protonen abgeben, wenn sie jemand aufnimmt (eine Base) und andersherum.

Bei einer Säure-Base-Reaktion wird aus jeder Säure eine korrespondierende Base und aus jeder Base eine korrespondierende Säure.

Beispiel: Schwefelsäure und Ammoniak

Die zur Schwefelsäure korrespondierende Base HSO− 4 hat noch ein Proton, welches sie abgeben kann, daher kann sie als Säure weiterreagieren.

Da Schwefelsäure zweimal als Säure reagieren kann und daher insgesamt zwei Protonen abgibt, nennen wir sie eine zweiprotonige Säure. Die in der ersten Reaktion entstandene, korrespondierende Base HSO− 4 ist ein besonderer Stoff, da er als Base und als Säure reagieren kann.

Wenn ein Stoff sowohl als Säure als auch als Base reagieren kann, also Protonen abgeben und aufnehmen kann, nennt man diesen Stoff einen Ampholyt. Ob dieser Stoff als Säure oder Base reagiert, hängt vom Reaktionspartner ab. Ein klassisches Beispiel für ein Ampholyt ist Wasser.

Ein solcher Ampholyt kann auch mit sich selbst reagieren. Dieser Vorgang heißt \textbf{Autoprotolyse}. Betrachten wir das bei dem Ampholyt Wasser:

Wie der Name schon verrät, sind Säuren Stoffe, die in einem bestimmten Grad sauer sind. Der genaue Säuregrad wird mithilfe des pH-Wertes bestimmt. Je kleiner der pH-Wert ist, desto höher ist die Säurekonzentration. Der pH-Wert 7 bedeutet, dass die chemische Verbindung, die vorliegt neutral ist, der pH-Wert 0 hingegen steht für einen sehr sauren Stoff. In der folgenden Grafik habe ich dir das einmal zusammengefasst.

 pH-Wert verschiedener Stoffe

Weitere Eigenschaften von Säuren möchte ich dir nun nennen. Säuren sind in der Lage organische Stoffe (Textilien, Haut, Augen) und unedle Metalle anzugreifen (unedle Metalle sind reaktionsfreudiger als edle Metalle). Des Weiteren gibt es Abstufungen bei der Stärke der Säuren. Eine starke Säure ist beispielsweise Salzsäure (pH-Wert = 0), die Stoffe stark angreift, eine schwache Säure hingegen ist Kohlensäure (pH-Wert = 4). Diese reagiert kaum mit anderen Stoffen. 

Säuren in Wasser

Säuren werden häufig in wässrigen Lösungen verwendet. Diese bezeichnet man als saure Lösungen. Ein Beispiel für eine solche Lösung ist die Salzsäure, die entsteht, wenn man Chlorwasserstoffgas in Wasser löst. Saure Lösungen haben einen typischen sauren Geschmack. Zudem leiten saure Lösungen Strom. Das liegt daran, dass die Bestandteile der Säure ionisiert sind. Am Beispiel von Chlorwasserstoff, gelöst in Wasser, möchte ich dir das zeigen.

Hier klicken zum Ausklappen

$HCl \rightarrow H^+ +Cl^-$

$Chlorwasserstoff-Gas \rightarrow Wasserstoff-Ion + Chlorid-Ion$

In dieser Gleichung kannst du sehen, dass diese Säure, die in Wasser gelöst wird, ein positiv geladenes Wasserstoff-Ion ($H^+$) vom Säure-Molekül ($HCl$) abspaltet und das negativ geladene Säurerest-Ion ($Cl^-$) übrig lässt. Durch diese sogenannte Ionisierung (bzw. Dissoziation), sind saure Lösungen in der Lage Strom zu leiten.

Wie du in diesem Beispiel sehen kannst, kommen Säuren nicht immer in flüssiger Form vor. Chlorwasserstoff ist beispielsweise gasförmig. Citronensäure wäre ein Beispiel für eine Säure, die als Feststoff vorliegt.

Nun weißt du alles Wissenswerte über Säuren und ihre Eigenschaften. Dein Wissen kannst du nun an unseren Übungsaufgaben testen. Dabei wünschen wir dir viel Spaß und Erfolg!

Was für Eigenschaften haben Säuren?

Warum sind Säuren wichtig?

Was ist besonders an einer Säuren Lösung?

Welche Eigenschaften haben alle Säuren gemeinsam?