Aus Wikibooks

Inhaltsverzeichnis 1 Säuren 1.1 Wichtige Säuren 1.2 Säuren in Wasser 1.3 Organische Säuren in Wasser 1.4 Lösung von Säuren in anderen Flüssigkeiten

[Bearbeiten] Säuren

Dieser Artikel beschäftigt sich mit der Wirkungsweise und dem Aufbau von Säuren.

[Bearbeiten] Wichtige Säuren

Wie in jedem neuen Bereich gilt es ersteinmal ein paar "Grundvokabeln" zu beherrschen. Hierbei handelt es sich um einige wichtige Säuren und deren Summenformeln: Man unterteilt anorganische Säuren und organische Säuren. Organische Verbindungen sind in der Regel die Verbindungen des Kohlenstoffs, die anorganischen die kohlenstofflosen Verbindungen . Hier gibt es auf Säuren-Ebene 2 wichtige Ausnahmen, die zu den anorganischen Säuren gezählt werden, obwohl sie Kohlenstoffatome enthalten:

• Kohlensäure (H₂CO₃)
• Blausäure (HCN)

weitere anorganische Säuren:

• Salzsäure (HCL)
• Salpetersäure(HNO₃)
• Schwefelsäure(H₂SO₄)
• Phosphorsäure(H₃PO₄)

wobei man auch nicht unterschlagen sollte, dass durch unvollständige Oxidation des Zentralatoms noch andere Säuren existieren, z.B. für die Säuren des Schwefels. Bei der schwefligen Säure ist der S⁴⁺ und bei der Schwefelsäure S⁶⁺ geladen:

Entstehung von Schwefliger Säure:

• S + O₂ --> SO₂ --> + H₂O --> H₂SO₃

Entstehung von Schwefelsäure:

• S + O₂ --> SO₂ /// 2 SO₂ + O₂ --am Katalysator--> SO₃ --> + H₂O --> H₂SO₄

wichtige organische Säuren:

• Essigsäure (CH₃-COOH)
• Stearinsäure (C₁₇H₃₅-COOH)

(Die Stearinsäure spielt eigentlich eine untergeordnete Rolle, sie soll nur stellvertretend für eine Fettsäure genannt werden.)

[Bearbeiten] Säuren in Wasser

Gibt man Chlorwasserstoff(HCl) in Wasser stellt man eine elektrische Leitfähigkeit fest, daher müssen im Wasser nun Ionen vorliegen. Der Chlorwasserstoff hat ein Wasserstoffproton abgegeben, das sich nun an das Wassermolekül dran geheftet hat:

Der Chlorwasserstoff kann ein Wasserstoffproton abgeben, da es sich bei Chlorwasserstoff um einen Dipol handelt. Durch den Elektronegativitätsunterschied ist Chlor negativ polarisiert und das Elektron des Wasserstoffs wird stark vom Chlor angezogen. Dies hat zur Folge, dass das Wasserstoff Atom keine so große Affinität zu dem Elektron hat, wodurch es sich vielmehr um ein Wasserstoffproton handelt, welches leicht aus der Verbindung ausscheiden kann, wenn es in Wasser gelöst ist. Dieses freie Proton hat eine so hohe Ladungsdichte, dass es im Wasser selbst nicht beständig ist, weshalb es sich an ein Wassermolekül anheftet. Es entsteht ein positiv geladenes Ion, das man Oxoniumion nennt.Indikatoren, die in einem späteren Artikel gesondert behandelt werden, zeigen das Vorhandensein dieser Ionen an, wenn diese Ionen ab einer gewissen Konzentration in einem Stoff vorhanden sind. Zusätzlich ist nun auch ein negativ geladenes Chloridion vorhanden, welches das Elektron des Wasserstoffs annektiert hat. Die Protolyse ist keine echte Reaktion, da immer eine Rückbildung erfolgt: So entstehen aus den Produkten(Oxoniumion und Chloridion) auch wieder die Edukte(Wasser und Chlorwasserstoff), weshalb man diese Form der Reaktion als Gleichgewichtsreaktion bezeichnet.Sie wird durch einen Doppelpfeil in beide Richtungen gekennzeichnet.

Daraus folgt:

• Säuren geben Protonen in Wasser ab(Protonendonatoren). Dieser Vorgang wird auch als Protolyse bezeichnet.
• Jede Säure muss mindestens ein Wasserstoffatom enthalten.
• Die charakteristischen Oxoniumionen kommen in Wasser bei Zugabe einer Säure vor.
• Chlorwasserstoff ist daher die "Säure ohne Wasser", das Säurenanhydrid.
• Protolysen sind Gleichgewichtsreaktionen.

Um diese Erkenntnisse auf andere Säuren anzuwenden, wird nun die Protolyse von Schwefelsäure in Wasser betrachtet:

Auch hier entsteht das Oxoniumion mit einem Restion, dem Hydrogensulfation, welches wiederum ein Wasserstoffatom besitzt. Da dieses Ion sich immer noch in einer wässrigen Lösung befindet, kann auch hier wiederum ein Proton abgegeben werden:

Diesesmal ist der Säurerest das Sulfation, welches kein Wasserstoffatom mehr besitzt und somit auch keine Protolyse mehr eingehen kann! An den letzten beiden Reaktionen sieht man, dass Schwefelsäure 2-fach Protonen abgeben kann.

Daraus folgt:

• Säuren mit n-vielen Wasserstoffatomen können n-viele Protolysen eingehen, ist es mehr als ein Wasserstoffatom, so bezeichnet man die Säuren als mehrprotonige Säuren.(bei Schwefelsäure ist n=2; daher auch 2 Protolysen)
• Das neben dem Oxoniumion entstehende Ion bezeichnet man als Säurerestion.

[Bearbeiten] Organische Säuren in Wasser

Carbonsäuren

Carbonsäuren sind organische Oxidationsprodukte von Aldehyde, die eine funktionelle Gruppe besitzen. Die Carbonylhydroxylgruppe (COOH), kurz Carboxylgruppe genannt, ist maßgeblich für das Reaktionsverhalten der Carbonsäuren entscheidend. Stellvertretend für alle anderen Carbonsäuren soll hier die Essigsäure in Wasser betrachtet werden:

Man sieht, dass bei den Carbonsäuren nur die Carboxylgruppe Protonen abgeben kann. Daher sind die Carbonsäuren keine mehrprotonigen Säuren, obwohl sie mehrere Wasserstoffatome zur Verfügung haben.

[Bearbeiten] Lösung von Säuren in anderen Flüssigkeiten

Bisher wurde die Säuren nur in Wasser betrachtet. Um zu prüfen, ob dies auch in anderen Flüssigkeiten möglich ist leiten wir den Chlorwasserstoff diesesmal in n-Hexan(ein Bestandteil des Benzins) ein. Jedoch ist hier keine elektrische Leitfähigkeit festzustellen. Offensichtlich kann der Chlorwasserstoff im n-Hexan kein Proton abgeben. Dies ist auf die unpolaren Bindungen des Hexans zurückzuführen, die den Chlorwasserstoff nicht spalten können.