Arrhenius – Säuren und Basen

Arrhenius – Säuren und Basen Übung

• Nenne die Definitionen von Säuren und Basen nach Arrhenius.

  Tipps

  Überlege, aus welchen Atomen ein Molekül Salzsäure besteht.

  Lösung

  Vor einigen hundert Jahren dachte man, dass die saure Eigenschaft der Säure etwas mit Sauerstoff zu tun habe. Chemisch betrachtet wirst du allerdings schnell feststellen können, dass zum Beispiel Salzsäure oder auch Blausäure keinen Sauerstoff enthalten. Der schwedische Wissenschaftler Svante Arrhenius bekam 1903 den Nobelpreis für seine herausragenden wissenschaftlichen Leistungen. Er brachte Ordnung in das System der Dinge. Der Begriff der Lösung spielte dabei eine große Rolle. Heute kennen wir ihn unter dem Wort Dissoziation. Dissoziation ist die Zersetzung von Verbindungen unter der Bildung von Ionen. Damit war es auch möglich, Säuren und Basen zu definieren. Säuren dissoziieren demnach unter der Bildung von Wasserstoff-Ionen, während Basen unter der Bildung von Hydroxid-Ionen dissoziieren.

• Entscheide, ob die folgenden Verbindungen Säuren oder Basen nach Arrhenius sind.

  Tipps

  Säuren dissoziieren unter der Bildung von Wasserstoff-Ionen.

  Basen dissoziieren unter der Bildung von Hydroxid-Ionen.

  Sind Säure- und Base-Komponenten in gleicher Anzahl vorhanden, ist die Verbindung neutral und somit keine Säure.

  Lösung

  Überlege dir einmal, wie die Definition für eine Säure oder eine Base nach der Theorie von Arrhenius lautet. Fast alle Verbindungen enthalten Wasserstoff oder Hydroxid-Ionen und könnten theoretisch also Säuren oder Basen nach Arrhenius sein. Bortrifluorid enthält kein Wasserstoffatom und ist somit auch keine Arrhenius-Säure. Salzsäure besteht aus einem Atom Wasserstoff und einem Atom Chlor. Bei einer Dissoziation bildet sich ein positiv geladenes Wasserstoff-Ion und ein negativ geladenes Chlorid-Ion. Salzsäure ist also eine Säure nach Arrhenius, genauso wie Schwefelsäure. Schwefelsäure kann zweifach dissoziieren. Es werden insgesamt zwei Wasserstoff-Ionen abgegeben. Übrig bleibt ein Sulfat-Anion $SO_4^{2-}$.

  Wie du sicher weißt, besteht Wasser aus zwei Atomen Wasserstoff und einem Atom Sauerstoff. Bei der Dissoziation entsteht ein positiv geladenes Wasserstoff-Ion. Was übrig bleibt, ist ein negativ geladenes Hydroxid-Ion. Es entsteht also sowohl eine Säurekomponente als auch eine Basenkomponente. Sie heben sich gegenseitig auf, sodass Wasser weder sauer noch basisch ist. Man sagt, Wasser ist neutral. Auch Wasserstoff $H_2$ ist weder eine Arrhenius-Säure noch eine Arrhenius-Base laut Definition.

  Arrhenius-Basen sind Natriumhydroxid und Calciumhydroxid, da sie jeweils in Hydroxid-Ionen und Metall-Ionen dissoziieren.

• Formuliere folgende Säure- bzw. Base-Reaktionen.

  Tipps

  Beachte, dass bei einer Reaktionsgleichung nichts verloren geht.

  Erinnere dich an die Definitionen von Säuren und Basen nach Arrhenius.

  Lösung

  Überlege dir zuerst, was eine Säure und eine Base nach Arrhenius ausmacht.

  Säuren dissoziieren unter Bildung eines Wasserstoff-Ions und eines Säurerest-Ions. Da Salpetersäure eine Säure ist, dissoziiert es also unter Bildung eines Wasserstoff-Ions und eines Nitrat-Ions.

  $HNO_3 \rightleftharpoons H^+ + NO_3^-$

  Auch HCN (Blausäure) ist eine Säure und dissoziiert unter der Bildung eines Wasserstoff-Ions und einem Säurerest-Ion, dem Cyanid-Ion.

  $HCN \rightleftharpoons H^+ + CN^-$

  Basen hingegen dissoziieren unter der Bildung eines Hydroxid-Ions und einem positiven Kation. Daher dissoziiert Kaliumhydroxid in wässriger Lösung unter der Bildung eines Hydroxid-Ions und eines Kalium-Ions.

  Kaliumhydroxid $\rightleftharpoons$ Kalium-Ion + Hydroxid-Ion

  Auch Natronlauge dissoziert in wässriger Lösung und es werden ein positives Natrium-Ion und ein negatives Hydroxid-Ion gebildet.

  $NaOH \rightleftharpoons Na^+ + OH^-$

• Erkläre, was passiert, wenn man Kohlenstoffdioxid in Wasser einleitet.

  Tipps

  Versuche einmal, die Reaktionsgleichung aufzustellen.

  Erinnere dich an die Definitionen von Säure und Base nach Arrhenius.

  Die Reaktionsgleichungen lauten:

  $CO_2 + H_2O \rightarrow H_2CO_3$

  $H_2CO_3 \rightleftharpoons 2 H^+ + {CO_3}^{2-}$

  Lösung

  Leitet man Kohlenstoffdioxid ($CO_2$) in Wasser ($H_2O$), bildet sich Kohlensäure ($H_2CO_3$), die in zwei Wasserstoff-Ionen ($H^+$) und ein zweiwertiges Carbonat-Ion (${CO_3}^{2-}$) dissoziiert. Wie du dich erinnerst, dissoziiert Säure nach Arrhenius unter Bildung von Wasserstoff-Ionen und Säurerest-Ionen. Es ist also eine Säure, die entsteht. Daher wird das Wasser sauer.

• Benenne den Wissenschaftler, der die erste Definition von Säuren und Basen aufstellte.

  Tipps

  Es war ein schwedischer Naturwissenschaftler, der von 1859 - 1927 lebte. Er bekam 1903 einen Nobelpreis für seine herausragenden naturwissenschaftlichen Leistungen.

  Lösung

  Vor einigen hundert Jahren dachte man, Säuren hängen mit dem chemischen Element Sauerstoff zusammen. Der schwedische Naturwissenschaftlicher Svante Arrhenius brachte Ordnung in das System der Dinge und definierte mithilfe des Begriffs der Dissoziation die Säure und Base. Er bekam 1903 einen Nobelpreis für seine herausragenden naturwissenschaftlichen Leistungen.

  Übrigens: Carl Gustaf Folke Hubertus Bernadotte ist der derzeitige König Schwedens.

• Erkläre die Reaktion zwischen Salzsäure und Natriumhydroxid.

  Tipps

  Überlege dir die Definitionen von Säuren und Basen nach Arrhenius.

  Was entsteht in den ersten beiden Dissoziationsreaktionen und wozu können diese Ionen dann reagieren?

  Lösung

  In diesem Video hast du kennengelernt, dass die Salzsäure eine Säure und Natriumhydroxid eine Base ist. Salzsäure dissoziiert also unter der Bildung eines Wasserstoff-Ions und eines Chlorid-Ions. Natriumhydroxid dissoziiert unter der Bildung eines Natrium-Ions und eines Hydroxid-Ions. Während sich das positiv geladene Wasserstoff-Ion mit dem negativ geladenen Hydroxid-Ion zu Wasser verbindet, verbindet sich das positiv geladene Natrium-Ion mit dem negativ geladenen Chlorid-Ion zu Nariumchlorid. Die Endgleichung lautet also:

  $HCl + NaOH \rightleftharpoons H_2O + NaCl$

  Im Video hast du gelernt, dass Wasser unter Bildung eines Wasserstoff-Ions und eines Hydroxid-Ions dissoziiert. Du hast kennengelernt, dass eine Verbindung, die sowohl unter Bildung einer Säurekomponente als auch einer Basen-Komponente in der gleichen Anzahl dissoziiert, weder eine Säure noch eine Base ist. Man nennt diese Verbindung neutral. Also ist auch die Mischung aus Salzsäure und Natriumhydroxid neutral, da sich Wasserstoff-Ionen und Hydroxid-Ionen in der gleichen Anzahl bilden und zu neutralem Wasser reagieren.