Säure-Base-Reaktionen (=Protolyse-Reaktionen)

In diesem Kapitel geht es um die zweite Möglichkeit, wie eine chemische Reaktion ablaufen kann. Dabei werden zunächst einige typische Beispiele betrachtet. Danach wird die Definition (die bis dahin sowieso wohl schon vielen klar sein wird) aufgestellt. 

1 Reaktion von Chlorwasserstoffgas mit festem Natriumhydroxid

Hinweis: Um die Vorgänge besser nachvollziehen zu können gibt es hier ein Periodensystem der Elemente-Popup

Ausgangsstoffe: 

Name	Summenformel	Strukturformel	Bindung
Chlorwasserstoff	HCl		Polare Atombindung
Natriumhydroxid	NaOH		Ionenbindung

a) Versuch:

Abb.: Herstellung von HCl und anschließende Reaktion mit NaOH

b) Beobachtung: 

Natriumhydroxid überzieht sich mit einem weißen Feststoff; am Ende des Glasrohres schlägt sich eine farblose Flüssigkeit nieder, das Reaktionsrohr erwärmt sich.

c) Auswertung: Folgende Teilchen reagieren miteinander:
I Teilchengleichung:

Na¹⁺OH¹⁻ + HCl → H₂O + Na¹⁺Cl¹⁻

NaOH(s) + HCl(g) → H₂O(l) + NaCl(s) ΔH < 0

d) Protolyse-Schema
Allgemeines Protolyse-Schema

Ein Protolyse-Schema funktioniert analog zum Redox-Schema (siehe vorheriges Kapitel). Hier zunächst ein allgemeines Schema (welches für alle Säure-Base-Reaktion so gelten kann): 

Protolyse-Sschema für die Bildung von Natriumchlorid

e) Erklärung der exothermen Reaktion

ΔH > 0 (positiv, endotherm)	ΔH < 0 (negativ, exotherm)
Deprotonierung von Chlorwasserstoff Gitterspaltung von Natriumhydroxid	Protonierung des Hydroxid-Ions Gitterbildung von Natriumchlorid wasserstoffbrückenbildung zwischen verschiedenen H₂O-Molekülen

Ergebnis: ΔH < 0 (negativ, exotherm) überwiegt.

Details

Geschrieben von: Wolfram Hölzel

Zuletzt aktualisiert: 19. März 2020

• Säure-Base-Reaktion
• Protolyse
• Natriumhydroxid
• Natriumchlorid
• Chlorwasserstoff
• Wasser

2 Reaktion von Chlorwasserstoff-Gas mit Ammoniak-Gas

Hinweis: Um die Vorgänge besser nachvollziehen zu können gibt es hier ein Periodensystem der Elemente-Popup

Bei diesen zwei Teilchen liegen polare Atombindungen vor: 

a) Versuch mit Skizze: (vgl. AB )

 

 

b) Beobachtung: 

Innerhalb des Becherglas bildet sich weißer Rauch. Am Boden der Glasplatte setzt sich ein weißer, kristalliner Stoff ab.

Vorher:

Nachher:

c) Auswertung:

I. Teilchengleichung:

NH₃ + HCl → NH₄¹⁺Cl¹⁻

II. Reaktionsgleichung (Stoffgleichung)
NH₃ (g) + HCl (g) → NH₄Cl (s)  ΔH < 0

III. Protolyse-Schema

Aufgabe: Skizziert einmal das Protolyse-Schema für diese chemische Reaktion. Tipp: Falls Ihr noch Schwierigkeiten damit habt, schaut nochmal das allgemeine Beispiel an. 

{slider title="Lösung: Protolyse-Schema für die Bildung von Ammoniumchlorid" open="false" class="icon"}

{/sliders}

Details

Geschrieben von: Wolfram Hölzel

Zuletzt aktualisiert: 10. Februar 2021

• Säure-Base-Reaktion
• Protolyse
• Ionenverbindung
• Ammoniumchlorid
• Ammoniak
• Chlorwasserstoff

3 Reaktion von festem Ammoniumchlorid und festem Natriumhydroxid

a) Versuch mit Skizze

 

Die beiden Salze NH₄Cl und NaOH werden gemeinsam im Mörser zerrieben. Nach dem Zerreiben wird ein angefeuchtetes Indikatorpapier über die Schale gehalten; zusätzlich wird eine Geruchsprobe vorgenommen.

b) Beobachtung:

Es entsteht ein stechend riechendes Gas. Das feuchte Indikatorpapier färbt sich blau. Die Festsubstanz im Mörser wird feucht.

c) Auswertung:

I. Teilchengleichung

II. Reaktionsgleichung

NH₄Cl	+	NaOH	→	NH₃	+	NaCl	+	H₂O
Ammoniumchlorid		Natriumhydroxid		Ammoniak		Natriumchlorid		Wasser

III. Protolysenschema

Aufgabe: Formuliert für diese chemische Reaktion ein Protolyse-Schema

{slider title="Lösung: Protolyse-Schema für das Verreiben von Ammoniumchlorid und Natriumhydroxid" open="false" class="icon"}

{/sliders}

Details

Geschrieben von: Wolfram Hölzel

Zuletzt aktualisiert: 09. August 2016

• Säure-Base-Reaktion
• Protolyse-Schema
• Ammoniumchlorid
• Natriumhydroxid
• Natriumchlorid
• Ammoniak
• Wasser

4 Allgemeine Säure-Base-Definition nach Brønsted (1923)

a) Säuren...

... sind Teilchen, die Protonen abgeben können (= Protonendonator, „Protonenspender“).
Die Teilchen enthalten positivierte H-Atome (Die Bindung zum H-Atom muss polar sein):

 

Wasserstoffatome bestehen nur aus Protonen und Elektronen. Eine Säure besitzt ein Wasserstoffatom, wobei das Elektron von dem Wasserstoffatom „stark“ angezogen wird. Kommt es zu einer Säure-Base-Reaktion (Protolyse), dann wird vereinfacht ausgedrückt nur das Proton des Wasserstoffatoms abgegeben. Das Elektron der Wasserstoffatoms bleibt beim Teilchen zurück (vgl. dazu alle vorher genannten Beispiele).

b) Basen...

sind Teilchen, die Protonen aufnehmen können (= Protonenakzeptor, „Protonenräuber“). Die Teilchen enthalten mindestens ein freies Elektronenpaar.

Dieses freie Elektronenpaar „nimmt“ dann den positiven Wasserstoffkern (Proton) „auf“.

c) Übung

Im folgenden ist die Lewis-Formel (Strukturformel) von Wasser abgebildet. Gehört dieses Molekül zu einer Brønsted-Säure oder -Base? Schaut Euch dafür nochmals die Definitionen an. 

 

{slider title="Lösung: Was ist Wasser? Eine Säure oder Base?" open="false" class="icon"}

Wasser kann (je nach Reaktionspartner) beides sein. Es kann ein Proton (H⁺) abgeben [es hat ja positivierte Wasserstoff-Atome], wie auch aufnehmen [es hat ja auch freie Elektronenpaare]. 

Dafür gibt es eine neue Bezeichnung: Wasser ist ein Ampholyt. 

{/sliders}

 

c) Ampholyte

Ampholyte können sowohl als Säuren, wie auch als Basen reagieren. Sie müssen also freie Elektronenpaare (für die Funktion als Basen) wie auch positivierte Wasserstoff-Atome (Funktion als Säure) besitzen. 

 

Details

Geschrieben von: Wolfram Hölzel

Zuletzt aktualisiert: 09. August 2016

• Säure-Base-Reaktion
• Protolyse
• Brønsted-Säure
• Brønsted-Base
• Brønsted
• Wasser
• Ampholyte