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Arrhenius – Säuren und Basen 08:50 min

Textversion des Videos

Transkript Arrhenius – Säuren und Basen

Guten Tag und herzlich willkommen. In diesem Video geht es um Säuren und Basen nach Arrhenius. Dem Chemiker ist stets daran gelegen, die vielen Stoffe, die uns umgeben, in bestimmte Verbindungsklassen einzuteilen. Warum wird zum Beispiel Essig als Säure bezeichnet und warum ist Ätznatron eine Base?  Nehmen wir zum Beispiel den Begriff der Säure. Seit vielen Jahren ist eine ganze Reihe von Säuren bekannt, von denen ich einige aufzählen möchte: Salzsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure, Phosphorsäure, Blausäure, Flusssäure. Vor einigen 100 Jahren glaubte man, dass der Begriff Säure mit einer chemischen Verbindung, die sich als chemisches Element herausgestellt hat, zusammenhängt. Dieses chemische Element hat das Symbol O, es handelt sich dabei um Sauerstoff. Lateinisch heißt Sauerstoff Oxygenium. Und dieser Sauerstoff sollte, so glaubte man, für den sauren Charakter der Säuren verantwortlich sein. Die chemische Analyse hingegen ergab eine Enttäuschung. Schwefelsäure enthält Sauerstoff. Salpetersäure enthält Sauerstoff und Phosphorsäure enthält Sauerstoff. Wir finden jedoch keinen Sauerstoff in Salzsäure, Blausäure oder Flusssäure. Das bedeutet, dass es zwischen den Begriffen Säure und Sauerstoff keinerlei logischen oder chemischen Zusammenhang gibt. Die beiden Begriffe stehen in der gleichen Relation zueinander wie Aspik und Pik As. Das heißt, sie sind von ihrem Inhalt und in ihrer Verwendung grundverschieden. Ordnung in das System der Dinge, brachte dieser Mann. Svante Arrhenius war ein schwedischer Naturwissenschaftler und lebte von 1859 bis 1927. Für seine herausragenden wissenschaftlichen Leistungen erhielt er den Nobelpreis um 1903. Bei den Überlegungen Arrhenius` spielte ein wichtiger Begriff der Lösungen eine große Rolle. Wir kennen ihn heute unter dem Wort Dissoziation. Dissoziation ist die Zersetzung von Verbindungen unter der Bildung von Ionen. Mit dem Begriff der Dissoziation war es nun möglich, die Begriffe Säuren und Basen zu definieren. Säuren dissoziieren unter der Bildung von Wasserstoffionen. Basen dissoziieren unter der Bildung von Hydroxidionen. Wasserstoffionen sind positiv geladen H+, Hydroxidionen haben die chemische Formel OH-. Nehmen wir ein Beispiel für eine Säure: Chlorwasserstoffsäure, Salzsäure, HCL dissoziiert in wässriger Lösung in H+ und CL-. Neben dem Wasserstoffion H+ bildet sich das Säurerestion CL-, es heißt hier Chloridion. Nehmen wir eine zweite Säure - Schwefelsäure H2SO4. Schwefelsäure H2SO4 dissoziiert in wässriger Lösung in zwei positiv geladene Wasserstoffionen H+ und in ein zweifach negativ geladenes Säurerestion SO42-. Betrachten wir Dissoziationen von Basen. Nehmen wir Natriumhydroxid NaOH. NaOH dissoziiert in wässriger Lösung in Na+ und OH-. Neben dem Hydroxidion OH- bildet sich ein Metallion. In diesem Fall ist es das Natriumion. Natrium-Hydroxid NaOH ist Ätznatron, das wir zu Beginn des Videos angeschaut haben. Damit ist geklärt, warum es sich bei Ätznatron um eine Base handelt. Betrachten wir nun Calcium-Hydroxid Ca(OH)2 dissoziiert in wässriger Lösung in ein zweifach positiv geladenes Metallion, das Calciumion und in 2 einfach negativ geladene Hydroxidionen 2OH-. Wir wollen nun untersuchen, welche der folgenden Verbindungen Säuren sind. Alle 4 enthalten Wasserstoffatome in ihren Molekülen. Essig, Methan, Ammoniak, Wasser. Die saure Komponente des Essigs ist die Essigsäure, Ethansäure, sie hat die Formel CH3COOH. Essigsäure dissoziiert in wässriger Lösung in ein einfach positiv geladenes Wasserstoffion und in ein Säurerestion CH3COO-. Das Säurerestion nennt man auch Acetation. Methan hat die chemische Formel CH4. Es enthält also 4 Wasserstoffatome. Wenn wir die Dissoziation des Methans betrachten, so stellt man fest, das Methan in wässriger Lösung nicht dissoziiert. Da es nicht dissoziieren kann, kann es auch keine Wasserstoffionen bilden. Somit ist Methan keine Säure. Ammoniak NH3 enthält 3 Atome Wasserstoff im Ammoniakmolekül. Ammoniak ist im Unterschied zum Methan sehr gut im Wasser löslich. Allerdings ist es nicht in der Lage so zu dissoziieren, dass es Wasserstoffionen abspalten kann. Demzufolge ist Ammoniak auch keine Säure. Wasser - H2O. Wasser H2O dissoziiert in geringem Maße in ein positiv geladenes Wasserstoffion und in ein negativ geladenes Hydroxidion. Dass Wasser nur sehr wenig dissoziiert ist hierbei nicht der Punkt, es gibt auch Säuren die nur sehr wenig Wasserstoffionen bilden. Die entscheidende Frage ist hier, was bildet sich noch? Neben dem Wasserstoffion, das die Säure ausmacht, bildet sich auch das Hydroxidion OH-, das dafür kennzeichnend ist, dass es sich hier um eine Base handelt. Da wir Säure- und Basekomponenten in gleicher Menge haben, handelt es sich hier auch nicht um eine Säure. Wir sagen, Wasser ist neutral. Das war's für heute, alles Gute und viel Erfolg, auf Wiedersehen.  

5 Kommentare
  1. Liebe Birgit
    "Wie kann sich IH in Wasser lösen, wenn es gänzlich unpolar ist?"
    Gänzlich unpolar ist das Molekül HI (so wird es formuliert) aber nicht.
    Aber das ist nicht der Punkt. Im Unterschied zu H-H sitzt hier ein dickes Iod - Atom. Auf seiner Oberfläche können sich die Valenzelektronen gut verteilen. Durch die Einwirkung polarer Moleküle (z. B. H2O) wird ein Dipol im HI induziert. Man sagt auch: HI ist gut polarisierbar.
    "Vielleicht kannst Du mir noch beantworten, von welchen Umständen es abhängt, dass ein Proton oder eine OH Gruppe von einem Molekül abgespalten wird."
    Einige sauerstoffhaltige Säuren kann man formal als Hydroxide auffassen. Als Beispiel möchte ich die Hypochlorige Säure (H-O-Cl) nennen. Sie ist zwar weder populär noch stabil, aber für eine anschauliche Erklärung gut geeignet.
    Chlor hat eine hohe Elektronegativität von 3,0. Es "hilft" dem Sauerstoff - Atome Elektronen vom Wasserstoff - Atom abzuziehen. Es entsteht das Wasserstoff - Ion (Proton). Es handelt sich um eine Säure.
    Anders Natriumhydroxid Na-O-H:
    Die Elektronegativität von Natrium ist klein: 0,9. Das Atom gibt leicht das bindende Elektronenpaar an das Sauerstoff - Atom ab. Damit entsteht das Hydroxid - Ion.
    Für den allgemeinen Fall gibt es keine genauen Regeln. U. a. spielt eine Rolle, ob bei der Säuredissoziation das Anion (Säurerest - Ion) stabilisiert wird. Ein Beispiel dafür ist die Essigsäure, eine schwache Säure, aber immerhin eine Säure.
    Alles Gute

    Von André Otto, vor mehr als 4 Jahren
  2. Und noch mal die Birgit.

    Wie kann sich IH in Wasser lösen, wenn es gänzlich unpolar ist?

    Von Biggi Groeschl, vor mehr als 4 Jahren
  3. Hallo lieber Andre :).
    Ich danke Dir herzlich für die prompte Antwort. Du hast mir sehr weiter geholfen.
    Vielleicht kannst Du mir noch beantworten, von welchen Umständen es abhängt, dass ein Proton oder eine OH Gruppe von einem Molekül abgespalten wird.
    LG Birgit

    Von Biggi Groeschl, vor mehr als 4 Jahren
  4. "Hallo,
    vielleicht könntest du mir erklären warum Ammoniak keine Säure sein sollte?"
    Eine wässrige Ammoniak - Lösung färbt einen Säure - Indikator NICHT. Methylrot wird nicht rot. Es bleibt gelb.
    "Ammoniak ist ein amphoter Stoff, der wie Wasser als Säure wie auch als Base reagieren kann."
    Das stimmt nicht. In wässriger Lösung nimmt das Ammoniak - Molekül ein Proton vom schwach dissoziierenden Wasser auf.
    H2O -----> H+ + OH-
    NH3 + H+ -----> NH4+
    Die Protonen sitzen dann im NH4+, Hydroxid - Ionen OH- werden nachgebildet, die Lösung wird basisch (alkalisch).
    Im Video geht es um die Begrifflichkeit nach Arrhenius; da Ammoniak NH3 weder ein Proton abgibt, noch ein Hydroxid - Ion direkt ablöst, ist es daher WEDER SÄURE NOCH BASE.
    "Noch dazu ist Ammoniak ein stark polarer Stoff. Das heißt die EN Differenz beträgt ca. 0,8."
    Das ist richtig.
    " Warum also sollte dieser Stoff keine Base sein?."
    Es geht um die Definitionen von Säuren und Basen NACH ARRHENIUS. Siehe oben.
    "Bei Methan erscheint es mir als sehr klar. Bei diesem Molekül haben wir es mit einem unpolarem zu tun."
    Das stimmt.
    "Daher neigen die Protonen nicht dazu zu dissoziieren."
    Protonen dissoziieren NICHT. Die Moleküle dissoziieren. Aber: So eine Regel gibt es nicht; Iodwasserstoff HI ist praktisch unpolar. Die EN von H und I sind praktisch gleich. Trotzdem dissoziieren die Moleküle gemäß
    HI -----> H+ + I-
    Iodwasserstoffsäure ist eine STÄRKERE SÄURE ALS SALZSÄURE!
    Alles Gute

    Von André Otto, vor mehr als 4 Jahren
  5. Hallo,
    vielleicht könntest du mir erklären warum Ammoniak keine Säure sein sollte?
    Ammoniak ist ein amphoter Stoff, der wie Wasser als Säure wie auch als Base reagieren kann.
    Noch dazu ist Ammoniak ein stark polarer Stoff. Das heißt die EN Differenz beträgt ca. 0,8. Warum also sollte dieser Stoff keine Base sein?.
    Bei Methan erscheint es mir als sehr klar. Bei diesem Molekül haben wir es mit einem unpolarem zu tun. Daher neigen die Protonen nicht dazu zu dissoziieren.

    Ich würde mich sehr über Deine Antwort freuen.
    LG Birgit

    Von Biggi Groeschl, vor mehr als 4 Jahren

Arrhenius – Säuren und Basen Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Arrhenius – Säuren und Basen kannst du es wiederholen und üben.

  • 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.

  • 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.

  • 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.

  • 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.

  • 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.