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Brönsted – Säuren und Basen

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André Otto
Brönsted – Säuren und Basen
lernst du in der Oberstufe 6. Klasse - 7. Klasse

Grundlagen zum Thema Brönsted – Säuren und Basen

Inhalt

Brönsted – Säuren und Basen – Chemie

Kannst du erklären, was Säuren und Basen genau sind? In diesem Text wird die Definition für Säuren und Basen nach Brönsted einfach erklärt. Es werden dir außerdem die Strukturmerkmale von Brönsted-Säuren und -Basen sowie die Abgrenzung der Brönsted-Säuren und -Basen zu anderen Säure-Base-Theorien gezeigt.

Was sind Säuren und Basen nach Brönsted? – Definition

Nach Brönsted sind Säuren Verbindungen, die Protonen $(\ce{H+})$ abgeben können. Säuren werden nach Brönsted auch als Protonendonatoren bezeichnet.

Nach Brönsted sind Basen Verbindungen, die Protonen $(\ce{H+})$ aufnehmen können. Basen werden nach Brönsted auch als Protonenakzeptoren bezeichnet.

Nach Brönsted sind chemische Reaktionen dann Säure-Base-Reaktionen, wenn ein Wasserstoffproton zwischen den Molekülen übertragen wird. Die Säure 1 gibt das Wasserstoffproton an die korrespondierende Base (Base 2) ab. Daraus entsteht die Säure 2. Die Base 1 bildet sich aus der korrespondierenden Säure (Säure 1). Bei einer Säure-Base-Reaktion nach Brönsted liegen also zwei korrespondierende Säure-Base-Paare vor. Die korrespondierenden Säure-Base-Paare werden auch als konjugierte Säure-Base-Paare bezeichnet.

Allgemein kannst du die Säure-Base-Definition in der folgenden Reaktionsgleichung sehen:

$\ce{\underset{Säure 1}{HA} + \underset{Base 2}{B} <=> \underset{Base 1}{A-} + \underset{Säure 2}{BH+}}$

$\ce{Säure 1 + Base 1 \Rightarrow 1{.} konjugiertes Säure-Base-Paar}$
$\ce{Base 2 + Säure 2 \Rightarrow 2{.} konjugiertes Säure-Base-Paar}$

Als Ampholyte (Säure-Base-Paar) werden Verbindungen bezeichnet, die sowohl als Säuren als auch als Basen fungieren. Ein bekanntes Beispiel für einen Ampholyt ist Wasser $(\ce{H2O})$. Und was bedeutet das? Wasser kann also sowohl eine Base als auch eine Säure sein. Die Reaktionsgleichung der Autoprotolyse des Wassers verdeutlicht das:

$\ce{\underset{Säure 1}{H2O} +\underset{Base 2}{H2O} <=> \underset{Base 1}{OH-} +\underset{Säure 2}{H3O+}}$

Brönsted-Säuren und Brönsted-Basen – Beispiele

Doch was bedeutet die Definition nach Brönsted für Säuren und Basen einfach erklärt? Um zu verstehen, was Säuren und Basen nach Brönsted sind, schauen wir uns ein paar Beispiele dazu an.

Wasser $(\ce{H2O})$ reagiert mit Ammoniak $(\ce{NH3})$ in einer Gleichgewichtsreaktion zu Hydroxidionen $(\ce{OH-})$ und zu Ammoniumionen $(\ce{NH+})$. Wasser gibt dabei ein Proton $(\ce{H+})$ an das Ammoniak ab. Das Ammoniak nimmt also ein Proton $(\ce{H+})$ auf. Nach dem Säure-Base-Begriff nach Brönsted ist das Wasser also eine Brönsted-Säure und Ammoniak eine Brönsted-Base. Das Säure-Base-Konzept nach Brönsted kann auch auf der Produktseite angewendet werden. Weil die Hydroxidionen Protonen aufnehmen können, handelt es sich bei ihnen um Brönsted-Basen. Die Ammoniumionen geben Protonen ab. Sie werden deswegen als Brönsted-Säuren bezeichnet. Hier kannst du die zugehörige Gleichgewichtsreaktion sehen:

$\ce{\underset{Säure 1}{H2O} +\underset{Base 2}{NH3} <=> \underset{Base 1}{OH-} +\underset{Säure 2}{NH4+}}$

Auch die Dissoziation von Säuren kann mit der Säure-Theorie nach Brönsted beschrieben werden. Wenn Salzsäure $(\ce{HCl})$ in wässriger Lösung zu Hydroniumionen $(\ce{H3O+})$ und Chloridionen $(\ce{Cl-})$ dissoziiert, kann die Salzsäure als Brönsted-Säure und das Wasser als Brönsted-Base definiert werden. Die Reaktionsgleichung kannst du hier sehen:

$\ce{\underset{Säure 1}{HCl} +\underset{Base 2}{H2O} <=> \underset{Base 1}{Cl-} +\underset{Säure 2}{H3O+}}$

Definition nach Brönsted und Lowry – Hintergrund und Abgrenzung

Johannes Nicolaus Brönsted und Thomas Lowry entwickelten im Jahr 1923 unabhängig voneinander die Säure-Base-Theorie nach Brønsted. Du hast richtig gelesen – eigentlich wird Brønsted mit ø geschrieben. Doch in der deutschen Literatur wird häufig ö verwendet.

Die Brönsted-Definition ist damit eine Weiterentwicklung des Säure-Base-Konzepts nach Arrhenius. Arrhenius definierte im Jahr 1884 Säuren als Verbindungen, die in wässriger Lösung Wasserstoffprotonen $(\ce{H+})$ liefern, während Basen in wässriger Lösung Hydroxidionen $(\ce{OH-})$ liefern. Doch mit dieser Definition nach Arrhenius ist die Reaktion von Wasser und Ammoniak aus dem ersten Beispiel nicht zu erklären. Ammoniak bildet selbst keine Hydroxidionen und kann nicht dissoziieren. Es ist aber in der Lage, Wasserstoffprotonen aufzunehmen.

Lewis entwickelte, ebenfalls im Jahr 1923, eine weitere Säure-Base-Theorie. Bei dem Säure-Base-Konzept nach Lewis nehmen Säuren Elektronen auf – Säuren sind also Elektronenpaarakzeptoren. Basen geben nach Lewis Elektronenpaare ab – es sind also Elektronenpaardonatoren.

Im folgenden Bild kannst du dir die Säure-Base-Konzepte im Vergleich ansehen:

Säure-Base Konzepte im Vergleich (Lewis, Arrhenius, Brönsted und Lowry

Säure-Base-Indikatoren

Säure-Base-Indikatoren sind, nach Brönsteds Definition, selbst schwache Säuren. Indikatoren können dir beispielsweise den $pH$-Wert von Säuren und Basen anzeigen, indem sie ihre Farbe ändern. Jeder Indikator besitzt eine andere Farbskala in saurer, neutraler oder basischer Lösung. Beispiele für pH-Indikatoren sind Phenolphthalein, Methylrot oder Lackmus.

Dieses Video

In diesem Video lernst du den Säure-Base-Begriff nach Brönsted kennen. Du weißt nun, was man unter einer Säure versteht und was eine Brönsted-Säure macht. Nach Brönsted sind Säuren Protonendonatoren und Basen Protonenakzeptoren.

Im Anschluss an das Video und diesen Text findest du Übungsaufgaben und Arbeitsblätter zu Brönsted – Säuren und Basen, um dein erlerntes Wissen zu überprüfen. Viel Spaß!

Transkript Brönsted – Säuren und Basen

Einen schönen guten Tag und herzlich willkommen. In diesem Video geht es um Säuren und Basen nach Brönstedt. Wir haben im Video Säuren und Basen nach Arrhenius gezeigt, dass es dem schwedischen Chemiker gelang, eine sehr sinnreiche Definition von Säuren und Basen zu finden. Nach Arrhenius liefern Säuren in wässriger Lösung durch Dissoziation Wasserstoffionen (H+), Basen liefern bei der Dissoziation in wässriger Lösung Hydroxidionen (OH-). Bei unseren ganzen Überlegungen über die Chemie sollten wir nicht aus den Augen verlieren, worin das Hauptziel der Chemie besteht: Das sind nämlich das Verständnis und die Voraussage chemischer Reaktionen. Nehmen wir zum Beispiel die Neutralisation von Salzsäure mit Natriumhydroxid. HCl reagiert mit NaOH. HCl ist eine Säure, da es Wasserstoffionen (H+) liefern kann. Natriumhydroxid ist eine Base, da es Hydroxidionen (OH-) liefern kann. Bei dieser Reaktion entsteht Natriumchlorid NaCl. Das Wasserstoffion (H+) und das Hydroxidion (OH-) vereinigen sich zu einer Verbindung HOH. NaCl ist auch unter dem Namen Kochsalz oder einfach Salz bekannt. HOH ist Wasser, welches besser unter der Formel H2O bekannt ist. Säure und Base reagieren zu Salz und Wasser. Die Säure-Base-Theorie nach Arrhenius konnte erfolgreich auf die Neutralisation angewendet werden.  Betrachten wir nun eine andere chemische Reaktion: Wasser reagiert mit Ammoniak. H2O reagiert mit NH3. Was geht bei dieser chemischen Reaktion vor? Wasser, H2O, können wir schreiben als HOH, es kann zu geringen Teilen in Wasserstoffionen (H+) und Hydroxidionen (OH-) dissoziieren, es enthält somit Bestandteile einer Säure H+ und einer Base OH-. Da diese in gleichen Verhältnissen vorliegen, sagt man auch, Wasser ist neutral. Das Ammoniakmolekül NH3 enthält Wasserstoffatome H. Ammoniak ist jedoch nicht in der Lage, Wasserstoffionen in wässriger Lösung abzuspalten. Daher sind die Wasserstoffatome des Ammoniaks H, für diese chemische Reaktion unwesentlich. Halten wir fest, Ammoniak (NH3) dissoziiert nicht. Somit müssen wir leider feststellen, dass die Säure-Base-Theorie nach Arrhenius völlig unbrauchbar ist, für die Beschreibung der Reaktion von Wasser H2O und Ammoniak NH3.  Und jetzt kommt der Held unseres Videos auf den Plan: Johannis Nikolaus Brönstedt, ein dänischer Chemiker. Brönstedt lebte von 1879 bis 1947. Brönstedt machte nicht viel Federnlesen, er vereinfachte die Säure-Base-Definition bis zu einer Stufe, nach der keine Vereinfachung mehr möglich war. Er sagte schlicht und edel: Säuren sind Protonendonatoren. Das bedeutet, Säuren sind Verbindungen, die in der Lage sind, Protonen bei einer chemischen Reaktion zu liefern. Und Protonen das sind Wasserstoffionen (H+), das wissen wir ja bereits. Und weiter: Basen sind Protonenakzeptoren. Das bedeutet, Basen sind chemische Verbindungen, die in der Lage sind bei einer chemischen Reaktion Protonen, Wasserstoffionen (H+), aufzunehmen. Wir wollen diese Idee, noch schematisch formulieren. H+ wird von den Säuren abgespalten und H+ wird von den Basen aufgenommen. Wir wollen die Ideen Brönstedts auf die Reaktion des Wassers mit Ammoniak anwenden. Wasser enthält Wasserstoffionen, Protonen (H+), die es bei einer Dissoziation freisetzen kann. Die Protonen des Wassers, (H+), werden vom Ammoniak, NH3, aufgenommen. Wasser ist somit ein Donator, ein Protonendonator. Und nach der Definition von Brönstedt handelt es sich bei Wasser, bei dieser konkreten chemischen Reaktion, um eine Säure. Ammoniak, NH3, ist ein Akzeptor, ein Protonenakzeptor. Folglich handelt sich nach der Theorie von Brönstedt beim Ammoniak um eine Base. Versuchen wir nun die Reaktion des Wassers mit Ammoniak im Rahmen der Theorie von Brönstedt zu interpretieren. Wir schreiben H2O+NH3, das Wasserstoffmolekül, H2O gibt ein Wasserstoffion (H+) ab, daher handelt es sich um eine Säure. Das Ammoniakmolekül, NH3, nimmt ein Wasserstoffion (H+) auf, daher handelt es sich beim Ammoniak um eine Base. Nach der Abgabe des Wasserstoffions (H+) entsteht aus dem Wassermolekül (H2O) das Ion OH-. Durch die Aufnahme des Wasserstoffions (H+) bildet das Ammoniakmolekül NH3, das Ion NH4+. OH- ist das Hydroxidion, NH4+ ist das Ammoniumion. Betrachten wir nun die Reaktion von rechts nach links. Das Ammoniumion NH4+ gibt ein Wasserstoffion (H+) an das OH- Ion, das Hydroxidion, ab. Es ist ein Protonendonator, daher ist NH4+, das Ammoniumion, eine Säure. Aus dem Hydroxidion OH- und H+ bildet sich wieder Wasser (H2O). Das Hydroxidion, OH-, nimmt das Wasserstoffion (H+) auf, es ist somit ein Protonenakzeptor und damit eine Base. Die Säure-Base-Theorie nach Brönstedt ist sehr nützlich bei der Beschreibung der Dissoziation von Säuren. Nehmen wir an, Salzsäure dissoziiert in wässriger Lösung. Das heißt, Salzsäure reagiert mit Wasser, in Formelschreibweise HCl+H2O. Das Salzsäuremolekül HCl gibt ein Wasserstoffion (H+) an das Wassermolekül H2O ab. Damit ist das Salzsäuremolekül HCl ein Protonendonator und damit eine Säure. Das Wassermolekül seinerseits (H2O) nimmt ein Wasserstoffion auf. Es ist ein Protonenakzeptor und damit eine Base. Wir wollen nun schauen, welche Reaktionsprodukte sich bilden. Wenn das Wasserstoffion (H+) mit dem Wassermolekül (H2O) reagiert, bildet sich das Ion H3O+. Das Salzsäure HCl verliert 1 Wasserstoffion (H+), es bleibt somit ein Chloridion übrig. Das Chloridion hat das Formelzeichen Cl-. Betrachten wir nun die Rückreaktion von rechts nach links. Das Hydroniumion kann ein Wasserstoffion (H+) abgeben, es ist ein Protonendonator und damit eine Säure. Das Chloridion Cl- nimmt das Wasserstoffion (H+) auf und es bildet sich wieder das undissoziierte Salzsäuremolekül HCl. Da das Chloridion (Cl-) ein Protonenakzeptor ist, ist es auch eine Base.  Zum Schluss noch eine Bemerkung zur Schreibweise. Brønstedt wurde und wird natürlich so geschrieben, wie ich ihn euch geschrieben habe, nämlich mit diesem dänischen ø. In der deutschen Sprache und Literatur findet man seinen Namen häufig auch als Brönstedt, mit ö. Die Amerikaner machen nicht viel Federlesen und machen aus dem dänischen Brönstedt häufig ein Broenstedt mit oe. Das möchte ich nur gesagt haben, für den Fall, dass ihr einmal in der Literatur recherchiert.  Das war es für heute, ich möchte mich von euch verabschieden. Alles Gute, auf Wiedersehen.

28 Kommentare

28 Kommentare
  1. Super erklärt! Vielen Dank.

    Von Diana R., vor mehr als einem Jahr
  2. Nein, der pH-Wert bestimmt sich nach der Konzentration der Protonen in der Lösung. Protonendonatoren sind nur die Teilchen, die Protonen abgeben können, egal bei welchen pH-Wert. Ob das Teilchen ein Ptotonendonator oder -Akzeptor ist wird anhand seiner chemischen Natur bestimmt.

    Von Shevchukarseniy, vor mehr als 2 Jahren
  3. Bestimmt sich in dem Fall der Protonendonator und -Akzeptor durch den pH-Wert? Oder wie sonst?

    Von Leoglaub, vor mehr als 2 Jahren
  4. Nein.

    Von André Otto, vor mehr als 6 Jahren
  5. kann ich von dem periodensystem ablesen welche der beiden base oder säure ist?

    Von Romanvonludwiger, vor mehr als 6 Jahren
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Brönsted – Säuren und Basen Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Brönsted – Säuren und Basen kannst du es wiederholen und üben.
  • Definiere die Begriffe Säure und Base nach Brönsted.

    Tipps

    Nach Arrhenius liefern Säuren Wasserstoff-Ionen.

    Positiv geladene Wasserstoff-Ionen sind Protonen, $OH^-$-Ionen sind Hydroxidionen.

    Lösung

    Brönsted hat die Definition der Säuren und Basen von Arrhenius noch einmal verallgemeinert.

    Säuren sind Protonendonatoren, Basen Protonenakzeptoren. Protonen sind Wasserstoff-Ionen, die entweder abgegeben (Protonendonatoren) oder aufgenommen werden (Protonenakzeptoren).

  • Entscheide, welche Verbindungen in der folgenden Gleichung sauer reagieren.

    Tipps

    Säuren sind nach Brönsted Protonendonatoren.

    Lösung

    Säuren sind nach Brönsted Protonendonatoren, das heißt, es sind Verbindungen, die positiv geladene Wasserstoff-Ionen abgeben können. Basen sind ganz gegensätzlich dazu Verbindungen, die positiv geladene Wasserstoff-Ionen aufnehmen können. Man nennt sie Protonenakzeptoren. Wasser kann in diesem Fall ein Proton, also $H^+$, abgeben. Es wird an die Base Ammoniak abgegeben. Betrachtet man die Rückreaktion, gibt das positiv geladene Ammonium-Ion ein Proton ab und ist dabei die Säure.

  • Bestimme, welche Verbindungen gegenüber Wasser nach Brönsted Säuren sind.

    Tipps

    Überlege, was eine Säure nach Brönsted ist.

    Eine Säure ist nach Brönsted ein Protonendonator.

    Lösung

    Einige Reaktionspartner von Wasser hast du nun schon kennengelernt. Wasser ist, wie du weißt, amphoter. Es kann also sowohl als Säure als auch als Base reagieren. Es kommt dabei ganz auf den Reaktionspartner an. Mit $HCl$, $HCN$ und $H_2S$ wirkt Wasser als Base und nimmt ein Proton auf. Die Reaktionspartner sind also entsprechend Säuren.

  • Ermittle die Säuren und Basen in folgendem Gleichgewicht.

    Tipps

    Säuren nach Brönsted sind Protonendonatoren.

    Lösung

    Die Schwefelsäure gibt ein Proton an Ammoniak ab und ist deshalb eine Säure. Ammoniak ist eine Base und wird zum Ammonium-Ion und damit zur Säure, weil ein Ammonium-Ion wiederum ein Proton abgeben kann.

  • Gib an, was Wasser nach Brönsted ist.

    Tipps

    Wie reagiert Wasser mit Salzsäure und wie mit Ammoniak?

    Lösung

    Brönsted definiert Wasser nicht als Säure oder Base, sondern als beides, denn es kommt ganz auf die Reaktion an. In Reaktionen mit Ammoniak ist Wasser eine Säure, da es hierbei ein Proton abgibt. In Reaktion mit Salzsäure ist es eine Base, da es dabei ein Proton aufnimmt und zum Hydronium-Ion wird. Man sagt, Wasser ist amphoter.

  • Stelle die Reaktion von Essigsäure mit Wasser auf.

    Tipps

    Essigsäure ist, wie es der Name schon sagt, eine Säure.

    Säuren sind nach Brönsted Protonendonatoren.

    Lösung

    Essigsäure reagiert mit Wasser zum Hydronium-Ion und Acetat. Essigsäure ist, wie es der Name schon sagt, eine Säure und gibt damit ein Proton ab, welches vom Wasser aufgenommen wird. Aus der Essigsäure wird Acetat, das damit eine Base wird, weil es nun ein Proton zu wenig hat und eines aufnehmen kann.

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