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Salzsäure

Salzsäure ist eine starke Säure, die durch Lösung von Chlorwasserstoff in Wasser entsteht. Sie wird in der chemischen Industrie zum Beizen von Stahl, zur Herstellung von organischen und anorganischen Verbindungen und zur Entsalzung von Wasser verwendet. Salzsäure ist ätzend, reagiert aber nicht mit allen Metallen! Lerne mehr mit sofatutor.

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André Otto
Salzsäure
lernst du in der 9. Klasse - 10. Klasse

Grundlagen zum Thema Salzsäure

Salzsäure – Definition

Salzsäure ist in Wasser gelöster Chlorwasserstoff. Salzsäure ist also streng genommen kein Reinstoff, sondern eine Mischung aus Chlorwasserstoff $\left( \ce{HCl} \right)$ und Wasser $\left( \ce{H2O} \right)$.

Salzsäure ist eine starke anorganische Säure, die durch Lösung des Gases Chlorwasserstoff $\left( \ce{HCl} \right)$ in Wasser gebildet wird. Die Salze der Salzsäure werden Chloride genannt. Das wohl bekannteste Chlorid ist das Kochsalz, auch Natriumchlorid $\left( \ce{NaCl} \right)$ genannt.

Oft wird die Summenformel der Salzsäure mit $\ce{HCl}$ angegeben, aber das ist streng genommen nicht ganz korrekt. Um den Stoff als wässrige Lösung zu kennzeichnen, sollten wir stattdessen $\ce{HCl}{}_\text{(aq)}$ schreiben. Dabei leitet sich das Kürzel aq von aqua ab, dem lateinischen Wort für Wasser.

Salzsäure – Strukturformel

Um die chemische Struktur der Salzsäure zu verstehen, sehen wir uns zunächst die Strukturformel von Chlorwasserstoff an:

${\ce{H}} - {{\overline{\underline{\ce{Cl}}}}\vert}$

Die kovalente Bindung zwischen Wasserstoff $\left( \ce{H} \right)$ und Chlor $\left( \ce{Cl} \right)$ ist stark polar. Das ergibt sich aus den unterschiedlich großen Elektronegativitäten der Elemente, wie wir in der folgenden Abbildung sehen:

Strukturformel Chlorwasserstoff

Die Differenz der Elektronegativitäten beträgt $\Delta E = 0{,}96$. Das Chlor‑Atom zieht die Bindungselektronen deutlich stärker zu sich als das Wasserstoff‑Atom. Das wird durch den Keilstrich zwischen den Elementsymbolen dargestellt. Durch diese Ladungsverschiebung entstehen entgegengesetzte Partialladungen $\left( \delta^- ; \delta^+ \right)$, die für die Polarität des Moleküls verantwortlich sind.

Aufgrund der starken Polarität löst sich Chlorwasserstoff sehr gut in Wasser – einem ebenfalls polaren Lösungsmittel. Wird Chlorwasserstoff in Wasser geleitet, dissoziiert das Gas, das heißt, es zerfällt zu Wasserstoff‑Ionen $\left( \ce{H+} \right)$ und Chlorid‑Ionen $\left( \ce{Cl-} \right)$.

Dissoziation von Chlorwasserstoff:

$\ce{HCl \,<=>[H2O]~ H+ + Cl-}$

Genau genommen liegen allerdings keine freien Wasserstoff‑Ionen (Protonen) in Lösung vor. Diese reagieren nämlich mit Wasser und bilden Oxonium‑Ionen $\left( \ce{H3O+} \right)$. Die Dissoziation von Chlorwasserstoff lässt sich damit als Reaktion mit Wasser darstellen:

Bildung von Salzsäure:

$\ce{HCl + H2O <=>}~ \underbrace{\ce{H3O+ + Cl- <=> H2O + H+ + Cl- <=> HCl{}_\text{(aq)}}}_{\text{Salzsäure}}$

Die entstandene wässrige Lösung wird Salzsäure genannt. Mit den Doppelpfeilen stellen wir dar, dass die Reaktion in beide Richtungen abläuft und sich ein chemisches Gleichgewicht zwischen gelösten Ionen (Salzsäure) und Chlorwasserstoff einstellt. Da Salzsäure eine starke Säure ist, liegt der Schwerpunkt des Gleichgewichts allerdings deutlich auf der Seite der gelösten Ionen.

In der folgenden Abbildung ist die Dissoziation von Chlorwasserstoff noch einmal schematisch dargestellt:

Strukturformel Salzsäure Reaktionsgleichung

Salzsäure setzt sich also streng genommen aus $\ce{H3O+}$‑Ionen, $\ce{Cl-}$‑Ionen sowie Wasser und einigen wenigen Chlorwasserstoff‑Molekülen zusammen. Vereinfacht können wir das als $\ce{HCl}{}_\text{(aq)}$ zusammenfassen.

Salzsäure – Steckbrief

Im folgenden Steckbrief sind einige der wichtigsten physikalischen und chemischen Eigenschaften der Salzsäure aufgelistet. Beispielhaft betrachten wir eine wässrige Lösung mit $36\,\text{Gew.-}\%~ \ce{HCl}$
$\left(\text{Gew.-}\%= \text{Gewichtsprozent} \right)$

Steckbrief Salzsäure (36‑prozentige Lösung)
Summenformel $\ce{HCl}$ bzw. $\ce{HCl}{}_\text{(aq)}$
Aggregatzustand flüssig, wässrige Lösung
Farbe farblos bis leicht gelblich
Geruch scharfer, stechender Geruch
Löslichkeit in Wasser sehr gut, in einem Liter mit $36\,\text{Gew.-}\%~\ce{HCl}$ sind rund $270$ Liter Chlorwasserstoffgas gelöst
Schmelztemperatur
(der wässrigen Lösung)
$\pu{- 35 °C}$
Siedetemperatur
(der wässrigen Lösung)
$\pu{57 °C}$
Dichte $\rho$
(der wässrigen Lösung)
$1{,}2\,\frac{\text{g}}{\text{cm}^3}$

Salzsäure – Eigenschaften

Auf die wichtigsten Eigenschaften der Salzsäure wollen wir nun noch detaillierter eingehen.

  • Chlorwasserstoff lässt sich in verschiedenen Konzentrationen in Wasser lösen. Ab einem Massenanteil von $36\,\%$ spricht man von rauchender Salzsäure. Es bildet sich ein Nebel aus Chlorwasserstoffgas und Wassertröpfchen über der Lösung.
  • Bei $\pu{0 °C}$ lassen sich über $500$ Liter Chlorwasserstoffgas in einem Liter Wasser lösen! Damit kommt man auf einen Massenanteil von rund $44\,\%$.
  • Durch den gelösten Chlorwasserstoff werden Siede‑ und Schmelztemperaturen des Wassers gesenkt. Deshalb bleibt $36\,\%$‑ige Salzsäure auch noch bei $\pu{- 35 °C}$ flüssig, siedet allerdings bereits bei $\pu{57 °C}$.
  • Salzsäure, also gelöster Chlorwasserstoff, dissoziiert in wässriger Lösung. In Salzsäure liegen Wasserstoff‑Ionen $\left( \ce{H+} \right)$, oder genauer gesagt Oxonium‑Ionen $\left( \ce{H3O+} \right)$, und Chlorid‑Ionen $\left( \ce{Cl-} \right)$ in gelöster Form vor.
  • Salzsäure ist eine starke Säure. Das bedeutet, die Säure dissoziiert praktisch vollständig. Es liegen also im chemischen Gleichgewicht so gut wie keine Chlorwasserstoffmoleküle, sondern ausschließlich gelöste Ionen in wässriger Lösung vor.
  • Durch die gelösten Ionen ist Salzsäure elektrisch leitfähig.
  • Ab einem Massenanteil von $32\,\%$ spricht man von konzentrierter Salzsäure. In dieser Konzentration hat die Säure einen $\text{pH}$‑Wert von $-1$. Die Konzentration der Wasserstoff‑ bzw. Oxonium‑Ionen ist also sehr hoch. Dadurch ist die Salzsäure sehr sauer und stark ätzend.
  • Salzsäure wird oft für die Neutralisation von Basen verwendet. Eine Neutralisationsreaktion mit der Base Natriumhydroxid $\left( \ce{NaOH} \right)$ sieht beispielsweise so aus:
    $\ce{NaOH + HCl -> NaCl + H2O}$
    Dabei entsteht Kochsalz, also Natriumchlorid $\left( \ce{NaCl} \right)$, und Wasser. Beachte, dass die Reaktion in wässriger Lösung stattfindet. Der Einfachheit halber haben wir die beiden Edukte nicht extra mit aq gekennzeichnet.
  • Salzsäure reagiert mit unedlen Metallen, zum Beispiel mit Eisen $\left( \ce{Fe} \right)$. Die Reaktion läuft folgendermaßen ab:
    $\ce{Fe + 2 HCl -> FeCl2 + H2}$
    Dabei entsteht neben Wasserstoff $\left( \ce{H2} \right)$ ein Salz, hier Eisen(II)‑chlorid $\left( \ce{FeCl2} \right)$. Es handelt sich um eine Redoxreaktion, wobei die $\ce{H+}$‑Ionen der Salzsäure als Oxidationsmittel wirken.

Salzsäure ist ätzend und reagiert mit unedlen Metallen, wird aber als nicht oxidierende Säure bezeichnet. Denn im Gegensatz zu oxidierenden Säuren (z. B. Salpetersäure) reagiert Salzsäure nicht mit edlen Metallen wie Kupfer. Das liegt daran, dass bei Salzsäure nur die $\ce{H+}$‑Ionen, nicht aber der Säurerest $\left( \ce{Cl-} \right)$, als Oxidationsmittel wirken können.

Bei einer oxidierenden Säure wie Salpetersäure kann auch das Stickstoffatom im Säurerest $\left( \ce{NO3-} \right)$ reduziert werden und damit als Oxidationsmittel wirken. Das ist beim Chlorid‑Ion $\left( \ce{Cl-} \right)$ nicht möglich, weil es bereits in der niedrigsten Oxidationsstufe $\left( \text{-I} \right)$ vorliegt, die für Chlor möglich ist.

Salzsäure – pH‑Wert

Salzsäure ist eine starke Säure und sehr sauer. Das bedeutet, dass selbst bei stark verdünnter Salzsäure die Konzentration der $\ce{H+}$‑Ionen in der Lösung noch relativ groß ist. In der folgenden Tabelle siehst du die $\text{pH}$‑Werte von Salzsäure mit verschiedenen Konzentrationen, verglichen mit einigen anderen sauren Stoffen:

Stoff $\text{pH}$‑Wert (gerundet)
Salzsäure, rund $35\,\text{Gew.-}\%~\ce{HCl}$ $\pu{-1,0}$
Salzsäure, rund $3{,}5\,\text{Gew.-}\%~\ce{HCl}$ $\pu{0,0}$
Salzsäure, rund $0{,}35\,\text{Gew.-}\%~\ce{HCl}$ $\pu{1,0}$
Magensäure (enthält Salzsäure) $\pu{1,0}$
Zitronensaft (enthält Zitronensäure) $\pu{2,0}$
Essig (enthält Essigsäure) $\pu{3,0}$
Cola (enthält Phosphorsäure) $\pu{3,0}$
Wein (enthält Weinsäure) $\pu{4,0}$
saure Milch (enthält Milchsäure) $\pu{4,5}$

Magensaft bzw. Magensäure enthält Salzsäure, die eine wesentliche Rolle dabei spielt, unsere Nahrung zu zersetzen. Am Beispiel Cola siehst du aber, dass Flüssigkeiten mit einem niedrigen $\text{pH}$‑Wert nicht zwingend sauer schmecken müssen.

Die ätzende Wirkung von Salzsäure solltest du dennoch niemals unterschätzen. Im Gegensatz zu den anderen aufgeführten Stoffen solltest du Salzsäure auf gar keinen Fall trinken – auch dann nicht, wenn sie stark verdünnt ist!

Salzsäure – Herstellung

Salzsäure kommt in der Natur als Teil der Magensäure von Wirbeltieren (wie uns Menschen) vor. Stark verdünnt ist gelöster Chlorwasserstoff außerdem in Kraterseen und Vulkangasen bzw. ‑dämpfen zu finden.
Die Salze der Salzsäure, die Chloride, sind deutlich häufiger anzutreffen, z. B. Natriumchlorid $\left( \ce{NaCl} \right)$, das je nach Vorkommen und Beschaffenheit Steinsalz, Meersalz oder schlicht Kochsalz genannt wird.

Für die technische Herstellung von Salzsäure muss zunächst Chlorwasserstoff synthetisiert werden, zum Beispiel durch eine Reaktion von konzentrierter Schwefelsäure $\left( \ce{H2SO4} \right)$ mit Natriumchlorid $\left( \ce{NaCl} \right)$ im Labor:

$\ce{H2SO4 + NaCl -> NaHSO4 + HCl{}_\text{(g)}}$

Dabei entsteht das Salz Natriumhydrogensulfat $\left( \ce{NaHSO4} \right)$ und gasförmiger Chlorwasserstoff.
Wird das Gas in Wasser eingeleitet, erhält man Salzsäure.

Das Hydrogensulfat-Ion $\left( \ce{HSO4^{-}} \right)$ der Schwefelsäure verdrängt das Chlorid-Ion $\left( \ce{Cl^{-}} \right)$ aus seinem Salz. Diese Reaktion ist eigentlich eine Gleichgewichtsreaktion. Da $\ce{HCl}$ aber gasförmig ist, steigt es auf und wird dem chemischen Gleichgewicht entzogen. Das führt dazu, dass laufend weiteres $\ce{NaCl}$ zu $\ce{HCl}$ umgesetzt wird. Der Schwerpunkt des Gleichgewichts wird dadurch stark auf die Produktseite verschoben.

In der Industrie wird allerdings meist Chlorwasserstoff genutzt, der als Nebenprodukt bei der organischen Synthese von Halogenkohlenwasserstoffen entsteht:

$\ce{R-H + Cl2 -> R-Cl + HCl}$

Hierbei reagiert ein Kohlenwasserstoff $\left( \ce{R-H} \right)$, mit Chlorgas $\left( \ce{Cl2} \right)$ zu einem Halogenkohlenwasserstoff $\left( \ce{R-Cl} \right)$ und Chlorwasserstoff.

Hochreiner Chlorwasserstoff kann auch gewonnen werden, indem Wasserstoff $\left( \ce{H2} \right)$ mit Chlor $\left( \ce{Cl2} \right)$ verbrannt wird. Das ist die sogenannte Chlorknallgasreaktion:

$\ce{H2 + Cl2 -> 2 HCl}$

Hierfür müssen zunächst die beiden Gase durch den Prozess der Chloralkalielektrolyse aus Natriumchlorid und Wasser gewonnen werden:

$\ce{2 NaCl + 2 H2O -> NaOH{}_\text{(aq)} + H2 + Cl2}$

Als weiteres Produkt entsteht Natronlauge $\left( \ce{NaOH}{}_\text{(aq)} \right)$.

Betrachten wir noch einmal die drei Herstellungsverfahren:

  • Die Reaktion zwischen Schwefelsäure und Natriumchlorid ist vor allem im Labor effektiv:
    $\ce{H2SO4 + NaCl -> NaHSO4 + HCl{}_\text{(g)}}$

  • Ein Beispiel für die organische Synthese ist die Chlorierung von Ethen $\left( \ce{CH2=CH2} \right)$:
    $\ce{CH2=CH2 + Cl2 -> CH2=CH-Cl + HCl}$
    Eine Chlorierung von Ethin $\left( \ce{CH#CH} \right)$ ist ebenfalls möglich, läuft allerdings etwas anders ab. Das dabei entstehende Vinylchlorid $\left( \ce{CH2=CH-Cl} \right)$ ist der Ausgangsstoff für die Herstellung des Kunststoffes Polyvinylchlorid (PVC).

  • Bei der Reaktion von Chlorknallgas (Wasserstoff + Chlor) entsteht hochreiner Chlorwasserstoff:
    $\ce{H2 + Cl2 -> 2 HCl}$

In allen drei Fällen muss der gebildete Chlorwasserstoff $\left( \ce{HCl}{}_\text{(g)} \right)$ in wässriger Lösung verdünnt werden, um Salzsäure zu erhalten.

Salzsäure – Verwendung

Salzsäure wird hauptsächlich in der chemischen Industrie verwendet. Einige Beispiele für die Verwendung von Salzsäure sind:

  • Beim Beizen von Stahl wird durch die Reaktion mit $\ce{HCl}$ Rost bzw. Eisen(III)‑oxid entfernt bzw. zu Eisen(II)‑chlorid $\left( \ce{FeCl2} \right)$ umgewandelt:
    $\ce{Fe2O3 + Fe + 6 HCl -> 3 FeCl2+ 3 H2O}$
  • Bei der Herstellung von organischen Verbindungen wie dem Kunststoff PVC (Polyvinylchlorid) kann nicht nur durch eine Reaktion mit Chlor, sondern auch durch $\ce{HCl}$ der Grundbaustein Vinylchlorid $\left( \ce{CH2=CH-Cl} \right)$ gewonnen werden.
  • Zur Herstellung anorganischer Verbindungen wie Eisen(III)‑chlorid $\left( \ce{FeCl3} \right)$ wird ebenfalls Salzsäure benutzt:
    $\ce{Fe2O3 + 6 HCl \rightarrow 2 FeCl3 + 3H2O}$
  • In der analytischen Chemie wird Salzsäure häufig bei der Titration im Labor verwendet. Dabei reagiert die Säure mit einer Base und es kommt zu einer Neutralisationsreaktion.
  • Salzsäure kommt bei der Entsalzung von Wasser zum Einsatz. Dabei sorgt sie für die Regeneration des Ionenaustauschers. Dessen Oberfläche ist zunächst mit $\ce{H^+}$‑Ionen bedeckt, bei der Entsalzung werden diese durch $\ce{Na^+}$‑Ionen aus dem Salzwasser ausgetauscht. Wenn keine $\ce{H^+}$‑Ionen mehr auf dem Ionenaustauscher vorhanden sind, wird dieser inaktiv. Durch die Hinzugabe von $\ce{HCl}$ reagieren die $\ce{Na^+}$‑Ionen mit den $\ce{Cl^-}$‑Ionen der Salzsäure zu Natriumchlorid $\left( \ce{NaCl} \right)$ und die übrigen $\ce{H^+}$‑Ionen sorgen dafür, dass der Ionenaustauscher wieder aktiviert wird.

Salzsäure – Reaktionen

Wie bereits erwähnt, reagiert Salzsäure mit unedlen Metallen. Ein typisches Beispiel ist die Reaktion mit Magnesium $\left( \ce{Mg} \right)$:

$\ce{Mg + 2 HCl -> MgCl2 + H2\uparrow}$

Dabei entsteht ein Salz, hier Magnesiumchlorid $\left( \ce{MgCl2} \right)$, und Wasserstoff $\left( \ce{H2} \right)$, der als Gas entweicht $\left( \uparrow \right)$.

Salzsäure greift auch Metalloxide an, was beispielsweise bei der Entfernung von Rost eingesetzt wird – hier zu sehen an einer Reaktion mit Kupferoxid $\left( \ce{CuO} \right)$:

$\ce{CuO + 2 HCl -> CuCl2 + H2O}$

Die Entfernung von Rost funktioniert vor allem dann gut, wenn das betreffende Oxid zu einem Salz umgewandelt wird, das wasserlöslich ist – wie hier Kupferoxid(II)‑chlorid $\left( \ce{CuCl2} \right)$.

Salzsäure kann als nicht oxidierende Säure nicht mit edlen Metallen wie Gold $\left( \ce{Au} \right)$ reagieren. Mit einer Mischung von Salzsäure und Salpetersäure $\left( \ce{HNO3} \right)$, dem sogenannten Königswasser, ist dies allerdings möglich. Denn mithilfe der oxidierenden Säure $\ce{HNO3}$ können Gold‑Atome zu Gold‑Ionen $\left( \ce{Au^{3+}} \right)$ oxidiert werden. Diese reagieren dann mit den Chlorid‑Ionen $\left( \ce{Cl^{-}} \right)$ der Salzsäure und es findet eine Chlorierung statt:

$\ce{Au^{3+} + 4 Cl^- -> AuCl4^{-}}$

Mit dem Tetrachloroaurat‑Ion $\left( \ce{AuCl4^{-}} \right)$ wird letztendlich Tetrachlorogoldsäure $\left( \ce{HAuCl4} \right)$ gebildet.

Salzsäure wird oft als Säure zur Neutralisation einer Base verwendet. Die Netralisationsreaktion stellt also einen weiteren wichtigen Reaktionstyp dar.
Ein Beispiel, die Neutralisation von Natronlauge $\left( \ce{NaOH{}_\text{(aq)}} \right)$, haben wir weiter oben schon einmal betrachtet:

$\ce{NaOH{}_\text{(aq)} + HCl{}_\text{(aq)} -> NaCl + H2O}$

Säure und Base liegen in wässriger Lösung vor. Es entsteht Natriumchlorid $\left( \ce{NaCl} \right)$, das in Form der gelösten Ionen oder (nach dem Verdampfen des Wassers) auch als Feststoff vorliegen kann.

Salzsäure kann auch, ähnlich wie elementares Chlor, in der organischen Chemie eingesetzt werden, um Kohlenwasserstoffe zu chlorieren.
So kann der wichtige Halogenkohlenwasserstoff Vinylchlorid $\left( \ce{CH2=CH-Cl} \right)$ auch durch die Reaktion von Ethin $\left( \ce{CH#CH} \right)$ mit Salzsäure hergestellt werden:

$\ce{CH#CH + HCl -> CH2=CH-Cl}$

Bei dieser Reaktion, die einen Katalysator benötigt, wird die Dreifachbindung des Ethins aufgebrochen, sodass sich ein Chlor‑Atom (und ein Wasserstoff‑Atom) an die frei gewordenen Plätze an den vierbindigen Kohlenstoff‑Atomen anlagern können.

Salzsäure verdünnen

Der Lösungsvorgang, bei dem Chlorwasserstoff zu Salzsäure wird, kann auch als chemische Reaktion angesehen werden, denn die Atombindung des $\ce{HCl}$‑Moleküls wird aufgebrochen und es bilden sich Ionen:

$\ce{HCl + H2O <=>}~ \underbrace{\ce{H3O+ + Cl- <=> H2O + H+ + Cl- <=> HCl{}_\text{(aq)}}}_{\text{Salzsäure}}$

Eine einmolare Salzsäure ist eine wässrige Lösung, bei der die Stoffmengenkonzentration der gelösten $\ce{HCl}$‑Moleküle genau $\pu{1 mol//\ell}$ beträgt. Da $\ce{HCl}$ in wässriger Lösung praktisch vollständig dissoziiert, bedeutet das, dass auch die Konzentration der $\ce{H+}$‑ bzw. $\ce{H3O+}$‑Ionen genau $\pu{1 mol//\ell}$ beträgt.
Für einmolare Salzsäure lässt sich damit ein $\text{pH}$‑Wert von $0$ berechnen. Um Salzsäure mit einem noch niedrigeren $\text{pH}$‑Wert zu erhalten, muss diese stärker konzentriert werden, d. h. es muss noch mehr Chlorwasserstoff in einer gleichbleibenden oder noch kleineren Wassermenge gelöst werden.
Um Salzsäure mit einem höheren $\text{pH}$‑Wert zu erhalten, muss diese verdünnt werden. Dazu wird die konzentrierte Salzsäure einfach zu noch mehr Wasser hinzugefügt oder von vornherein weniger Chlorwasserstoff gelöst.

Beachte: Beim Verdünnen einer konzentrierten Säure in Wasser wird Energie freigesetzt. Wenn zu hochkonzentrierter Salzsäure von oben Wasser hinzugefügt wird, kann es deshalb passieren, dass die Säure aufgrund der thermischen Energie in alle Richtungen spritzt! Deshalb sollte immer zuerst die gewünschte Menge Wasser in ein Gefäß gegeben werden und dann die konzentrierte Säure in kleinen Mengen hinzugefügt werden.

Es gilt der Merksatz:
Zuerst das Wasser, dann die Säure, sonst geschieht das Ungeheure!

Die folgende Tabelle zeigt Salzsäurelösungen mit verschiedenen Konzentrationen und entsprechenden $\text{pH}$‑Werten.

Massenkonzentration
in $\frac{\text{g}}{\ell}$
Stoffmengenkonzentration
in $\frac{\text{mol}}{\ell}$
$\text{pH}$‑Wert
$\pu{365}$ $\pu{10}$ $\pu{-1}$
$\pu{36,5}$ $\pu{1}$ $\pu{0}$
$\pu{3,65}$ $\pu{0,1}$ $\pu{1}$
$\pu{0,365}$ $\pu{0,01}$ $\pu{2}$

Beachte, dass die Massenkonzentration nicht gleichbedeutend mit dem Massenanteil in $\text{Gew.-}\%$ ist. Die Massenkonzentration bezieht sich (wie die Stoffmengenkonzentration) auf das Gesamtvolumen der Lösung (also pro Liter). Der Massenanteil gibt hingegen die Masse der gelösten $\ce{HCl}$‑Moleküle im Vergleich zur Gesamtmasse der Lösung an.
Löst man eine bestimmte Menge $\ce{HCl}$ in einem Liter Wasser, nimmt das Gesamtvolumen und auch die Masse der Lösung entsprechend zu. Nur bei sehr geringen Mengen $\ce{HCl}$ kann man weiterhin von einem Gesamtvolumen von einem Liter (und einer entsprechenden Gesamtmasse von rund $1\,000\,\text{g}$) ausgehen, ohne die Berechnung der jeweiligen $\ce{HCl}$‑Konzentration allzu sehr zu verfälschen.
Da $\ce{HCl}$ eine starke Säure ist und der $\text{pH}$‑Wert logarithmisch von der Konzentration abhängt, können allerdings schon mit relativ geringen Konzentrationen sehr niedrige $\text{pH}$‑Werte erreicht werden.

Salzsäure – chemischer Nachweis

Gerade in der Schule stellt sich häufig das Problem, Salzsäure nachzuweisen. Dazu macht man sich den Säurecharakter zunutze und misst einfach den $\text{pH}$‑Wert der entsprechenden Lösung. Etwas eindeutiger lassen sich aber auch die Chlorid‑Ionen $\left( \ce{Cl^{-}} \right)$ der Salzsäure durch Zugabe einer Silbernitratlösung nachweisen, denn dann bildet sich das schwerlösliche Salz Silberchlorid $\left( \ce{AgCl} \right)$, das als weißlicher Niederschlag ausfällt. Die entsprechende Reaktionsgleichung lautet:

$\ce{HCl{}_\text{(aq)} + AgNO3{}_\text{(aq)} -> HNO3{}_\text{(aq)} + AgCl\downarrow}$

Neben dem Salz, das als Niederschlag ausfällt $\left( \downarrow \right)$, bildet sich außerdem Salpetersäure $\left( \ce{HNO3} \right)$.

Salzsäure – Gefahrstoffhinweise

Salzsäure ist selbst in geringen Konzentrationen noch eine sehr gefährliche Chemikalie. Es ist eine starke Säure, die ätzend auf der Haut wirkt und auch viele andere Stoffe angreift. Auch die Dämpfe der Salzsäure wirken reizend und sollten nicht eingeatmet werden.

Wie gefährlich ist Salzsäure? Gefahren

Signalwort: Gefahr

Weitere Gefahrenhinweise und Sicherheitshinweise findest du in Form der H- und P-Sätze für Salzsäure ganz unten in diesem Text aufgeführt (zum Aufklappen).

Zusammenfassung der Salzsäure

  • Salzsäure ist eine Lösung von Chlorwasserstoff $\left( \ce{HCl} \right)$ in Wasser. Sie zählt zu den anorganischen Säuren und ist eine starke Säure.
  • Chlorwasserstoff dissoziiert in Wasser (vereinfacht gesehen) zu Wasserstoff‑Ionen $\left( \ce{H+} \right)$ und Chlorid‑Ionen $\left( \ce{Cl-} \right)$:
    $\ce{HCl \,<=>[H2O]~ H+ + Cl-}$
    De gelösten $\ce{H+}$‑Ionen machen den saueren Charakter der Salzsäure aus.
  • Die Salze der Salzsäure sind die Chloride. Das wichtigste Chlorid ist Natriumchlorid $\left( \ce{NaCl} \right)$, Kochsalz.
  • Salzsäure zählt zu den nicht oxidierenden Säuren, ist aber trotzdem sehr reaktiv und wirkt ätzend.
  • Die Salzsäure ist eine der wichtigsten Grundchemikalien im Labor und in der Industrie und wird für viele technische Anwendungen und zur Herstellung vieler verschiedener Produkte benötigt.
  • Insbesondere zur Neutralisation von Basen wird Salzsäure häufig eingesetzt.

Häufige gestellte Fragen zum Thema Salzsäure

Was ist Salzsäure?
Wie entsteht Salzsäure?
Wie lautet die chemische Formel für Salzsäure?
Ist HCl Salzsäure?
Aus was besteht Salzsäure?
Wie wird Salzsäure hergestellt?
Was kann man mit Salzsäure machen?
Was sind die häufigsten Anwendungen von Salzsäure in der Industrie?
Für was ist Salzsäure gut?
Wie ist der Name Salzsäure zu erklären?
Warum heißt HCl Salzsäure?
Wie lässt sich nachweisen, dass Salzsäure eine Säure ist?
Wie reagiert Salzsäure mit Wasser?
Welche Farbe hat Salzsäure?
Ist Salzsäure gefährlich für die Gesundheit?
Wie gefährlich ist Salzsäure?
Wie aggressiv ist Salzsäure?
Warum ist Salzsäure gefährlich?

Sicherheitshinweise zu Salzsäure

H- und P-Sätze zu Salzsäure

Transkript Salzsäure

Guten Tag und herzlich willkommen. Bei diesem Video geht es um die Salzsäure. Salzsäure ist eine starke, anorganische Säure. Sie ist eine wichtige, chemische Grundchemikalie. Salzsäure war bereits im Mittelalter den Arabern bekannt. Salzsäure erfährt eine breite chemische und technische Verwendung. Chlorwasserstoff, die Verbindung, aus der Salzsäure hergestellt wird, besitzt eine hohe Weltjahresproduktion; sie beläuft sich auf etwa 20 Mio. Tonnen. Kommen wir zu den physikalischen Eigenschaften. Salzsäure ist eine Lösung des Gases Chlorwasserstoff in Wasser. Es lösen sich etwa 600 Liter Chlorwasserstoff HCl in einem Liter Wasser H2O. Salzsäure ist eine farblose Flüssigkeit. In Abhängigkeit von der Konzentration liegt die Dichte im Bereich von etwa 1,1 bis 1,2 g/cm³. Konzentrierte Salzsäure besitzt eine Konzentration von 36 bis 38 %. Diese Salzsäure wird auch als rauchende Salzsäure bezeichnet, weil über der flüssigen Phase immer gasförmiger Chlorwasserstoff vorhanden ist. Sie ist aber wie jede Säure zu Reaktion mit unedlen Metallen befähigt. Kommen wir nun zur chemischen Formel. Man muss sagen, dass streng genommen Salzsäure ein Stoffgemisch ist, nämlich die Lösung von Chlorwasserstoff, dem Gas, in Wasser. Chlorwasserstoff hat die chemische Formel HCl. H ist das Symbol für Wasserstoff, Cl das Symbol für Chlor. Es ist chemisch nicht zulässig, von Wasserstoffchlorid zu sprechen. Mitunter wird die chemische Formel auch etwas ausführlicher dargestellt, sodass die chemische Bindung eingetragen wird. Man lässt dann etwas Abstand zwischen den beiden Symbolen für das Wasserstoffatom H und das Chloratom Cl und verbindet beide Elementesymbole mit einem Strich. Dieser Strich steht für ein Elektronenpaar, er bedeutet eine Einfachbindung zwischen dem Wasserstoffatom H und dem Chloratom Cl. Noch ausführlicher ist die Lewis-Schreibweise rechts, dann trägt man die chemische Bindung zwischen dem Wasserstoffatom H und dem Chloratom Cl gekennzeichnet durch den Bindungsstrich ein. Zusätzlich befinden sich am Chloratom noch 3 weitere Striche, jeder Strich bedeutet ein nichtbindendes, einsames Elektronenpaar. Wasserstoff besitzt im Ganzen nachher 2 Außenelektronen, nämlich durch das Bindungspaar. Es erhält eine Heliumkonfiguration. Das Chloratom besitzt nun 8 Außenelektronen, 2 durch das Bindungspaar und 3 durch die nichtbindenden Elektronenpaare. Damit erhält es eine Argonkonfiguration. Kommen wir nun zu den chemischen Eigenschaften von Salzsäure. Salzsäure ist ätzend, aber nicht oxidierend wie zum Beispiel Schwefelsäure. Daher ist sie auch nicht in der Lage, edle Metalle wie Kupfer chemisch anzugreifen. Salzsäure ist zur Reaktion mit unedlen Metallen befähigt. Zum Beispiel reagiert Eisen mit Salzsäure zu Eisen(II)-chlorid, wobei Wasserstoff frei wird. In Formelschreibweise Fe+2HCl->FeCl2+H2. Diese Reaktion mit unedlen Metallen ist eigentlich erst durch die Dissoziation der Salzsäure möglich. Wir schreiben: 1 Molekül Chlorwasserstoff reagiert zu 1 Wasserstoff-Ion und 1 Chlorid-Ion. Das geschieht in wässriger Lösung, daher schreiben wir H2O über den Doppelpfeil. In Formelschreibweise: HCl dissoziiert in wässriger Lösung zu H+ + Cl-. Die Wasserstoff-Ionen, H+, machen den sauren Charakter der Salzsäure aus. Salzsäure ist zur Reaktion mit Metalloxiden befähigt. So reagiert Magnesiumoxid mit Salzsäure zu Magnesiumchlorid und Wasser. In Formelschreibweise MgO+HCl->MgCl2+H2O. Die vierte Reaktion, die für Salzsäure von Bedeutung ist, ist die Neutralisation. Ich gebe zunächst ein Beispiel dafür an. Natriumhydroxid + Salzsäure -> Natriumchlorid + Wasser. In Formelschreibweise: NaOH+HCl->NaCl+H2O. Diese Reaktion entspricht dem Prinzip Base + Säure->Salz + Wasser. Kommen wir jetzt zu den Verwendungsmöglichkeiten von Salzsäure. Diese sind sehr vielfältig und ich möchte nur einige wenige vorstellen. In der analytischen Chemie findet Salzsäure weite Verwendung. Sie wird unter anderem für die Titration verwendet. Dabei reagiert Säure mit Base, es kommt also zu einer Neutralisation. Als Weiteres wird Salzsäure für die Entsalzung von Wasser eingesetzt. Das findet in Ionenaustauschern statt. Ionenaustauscher sind Kunstharze, hier orangefarben dargestellt, die auf der Oberfläche saure Gruppen H+ enthalten. Der Ionenaustauscher ist somit eine Säure. Ich habe an einer Stelle dargestellt, dass sich hier ein Natrium-Ion Na angesetzt hat. Dieses Natrium-Ion entstammt dem Wasser, es war dort gelöst als Na+. Auf dem Rückweg ist in das Wasser ein Wasserstoff-Ion H+ gegangen. Das ist der Ionenaustausch. Wenn nun alle Wasserstoff-Ionen auf dem Ionenaustauscher durch Natrium-Ionen ausgetauscht wurden, so ist der Ionenaustauscher nicht mehr aktiv. Dann wird Salzsäure eingesetzt. Die Wasserstoff-Ionen der Salzsäure setzen sich auf dem Ionenaustauscher fest und auf dem Rückweg bewegen sich Natrium-Ionen vom Ionenaustauscher zum Chlorid-Ion der Salzsäure. Diesen Prozess bezeichnet man als Regenerierung des Ionenaustauschers. Als Weiteres wird Salzsäure für das Beizen von Stahl verwendet. Eine Beispielreaktion ist Fe2O3+Fe+6HCl->3FeCl2+3H2O. Eisenoxid und Eisen auf der Oberfläche reagieren mit Salzsäure zu Eisenchlorid und Wasser. Wichtig für die Reaktion ist, dass durch die Einwirkung der Salzsäure Rost und Eisenoxid von der Metalloberfläche entfernt werden. Des Weiteren wird Salzsäure zur Herstellung verschiedener organischer Verbindungen eingesetzt. Eine Möglichkeit für die Herstellung ist Plasts, Polyvinylchlorid, PVC. Hierbei reagiert ein Kohlenwasserstoff mit einer Dreifachbindung mit Chlorwasserstoff und es entsteht CH2 Doppelbindung CHCl. Das Reaktionsprodukt heißt Vinylchlorid und ist der Ausgangsstoff für die Herstellung von Polyvinylchlorid. Der Kohlenwasserstoff mit der Dreifachbindung wird als Acetylen oder auch Ethin bezeichnet. Und schließlich möchte ich die Herstellung anorganischer Verbindungen nennen. Als Beispiel habe ich die Reaktion eines Eisenoxids mit Salzsäure gewählt. Die Formelgleichung lautet Fe2O3+6HCl->2FeCl3+3H2O. Das Eisenoxid Fe2O3 ist Eisen(III)-Oxid. Als Erz wird es auch als Hämatit bezeichnet. Das Reaktionsprodukt ist ein Eisensalz, Eisen(III)-Chlorid. Zum Schluss möchte ich noch kurz über die Herstellung von Salzsäure sprechen. Natürlich muss man für die Salzsäureherstellung Chlorwasserstoff synthetisieren. Im Labor kann man Chlorwasserstoff durch die Umsetzung von konzentrierter Schwefelsäure mit trockenem Natriumchlorid herstellen. Es bildet sich dabei Natriumsulfat und Chlorwasserstoff wird freigesetzt. Die Formelgleichung lautet H2SO4+2NaCl->Na2SO4+2HCl (g). Im ersten Fall entsteht Chlorwasserstoff bei der organischen Synthese als Nebenprodukt. Ein Kohlenwasserstoff wird mit Chlor umgesetzt, es entsteht ein Chlorkohlenwasserstoff und Chlorwasserstoff wird in gasförmiger Form frei. Nur der geringere Teil des Chlorwasserstoffs wird über die Chloralkalielektrolyse synthetisiert. Im Ergebnis der letzteren bilden sich Wasserstoff und Chlor, die entsprechend der Knallgasreaktion Chlorwasserstoff bilden. Ich möchte noch erinnern, dass Chlorwasserstoff ein Gas ist. Erst wenn es in Wasser hineingegeben wird, erhalten wir Salzsäure. Ich danke für die Aufmerksamkeit. Alles Gute, auf Wiedersehen.

3 Kommentare
3 Kommentare
  1. sehr gut Erklärt

    Von Selma Kulow, vor etwa 6 Jahren
  2. Du hast alles richtig interpretiert. Auch sind deine Versuchsergebnisse alle in Ordnung. Die Reaktion
    MgO + H2O --> Mg(OH)2
    läuft nämlich nicht so glatt ab, wie man es im Anfängerunterricht lernt.
    Bei höheren pH-Werten könnte der Niederschlag wieder in Lösung gehen. Probier es mal aus.
    Alles Gute

    Von André Otto, vor mehr als 11 Jahren
  3. Eine Frage zur Reaktion bei 5Min10Sek:
    Mich hat es neulichst gereizt das schwerlösliche MgO in Lösung zu bringen. Da ich kein MgO als Pulver da hatte, hab ich ein Magnesiumstreifen verbrannt und das entstandene weiße Pulver (ca 100mg davon) hab ich versucht in H2O zu lösen. Nix passiert. Bis zum Sieden erhitzt = immmer noch nichts vom MgO gelöst. Das MgO/H2O Gemisch mit etwas Salzsäure verdünnt = Nichts. Nun gut, dann bin ich ins Freie gegangen und hab ca 50ml konz. HCL (30-33%) in ein neues Becherglas gegeben und wieder ca 100mg MgO dazugegeben und kräftig umgerührt. Es hat sich sichtbar KEIN MgO in konz. HCL gelöst?!? Enttäuscht hab ich dann die konz. HCL mit Natronlauge neutralisiert und siehe da, knapp über pH=7 ist ein weißer Niederschlag ausgefallen. Das gebildete NaCl aus der HCl und NaOH-Lsg kanns nicht sein, da NaCL gut löslich ist. Nun Frage: War dieser voluminöser weißer Niederschlag etwa Mg(OH)2? Hatte ich es doch vorher geschafft etwas MgO in HCL zu lösen, hatte es nur nicht gemerkt, da ich vlt. zuviel MgO in zuwenig konz. HCL versucht hatte zu lösen?
    Langer Kommentar, eine Antwort wäre mir aber sehr wichtig.
    mfg

    Von Dflow, vor mehr als 11 Jahren

Salzsäure Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Salzsäure kannst du es wiederholen und üben.
  • Nenne die Eigenschaften von HCl.

    Tipps

    Physikalische Eigenschaften beschreiben den Stoff, chemische Eigenschaften sein Reaktionsverhalten.

    Lösung

    Eigenschaften von Stoffen lassen sich in ihre chemischen und ihre physikalischen Eigenschaften unterteilen. Die physikalischen Eigenschaften beschreiben dabei eher den Stoff, in diesem Fall also dass er farblos und flüssig ist und eine Dichte von etwa $\pu{1,1 g//cm^3}$ hat. Die chemischen Eigenschaften beschreiben eher das Reaktionsverhalten des Stoffes, zum Beispiel, dass die Salzsäure ätzt und nicht oxidierend ist.

  • Beschreibe den Vorgang des Entsalzens von Wasser.

    Tipps

    Um Wasser zu entsalzen, müssen die Natrium-Ionen aus dem Wasser entfernt werden.

    Lösung

    Ein Ionenaustauscher besitzt eine Oberfläche, an der viele Protonen lagern. Wird nun Wasser darüber gegeben, tauschen die Natrium-Ionen des Wassers den Platz mit den Protonen auf dem Austauscher. Das Wasser enthält also nach und nach immer weniger Natrium-Ionen und die Oberfläche des Austauschers immer mehr Natrium-Ionen. Sind alle Protonen der Austauscheroberfläche gegen Natrium-Ionen getauscht, können also keine mehr aus dem Wasser aufgenommen werden, dann ist der Ionentauscher inaktiv. Er kann anschließend wieder mit Salzsäure aktiviert werden, wodurch sich die Natrium-Ionen wieder durch Protonen tauschen lassen.

  • Formuliere die Reaktionsgleichungen zu folgenden Reaktionen der Salzsäure.

    Tipps

    Bei den Reaktionen entstehen immer Choride.

    Lösung

    Salzsäure macht eine Reihe ganz typischer Reaktionen: Mit unedlen Metallen reagiert sie zu Metallchlorid und Wasserstoff, mit Metalloxiden zu Metallchlorid und Wasser und mit Metallhydroxiden zu Metallchlorid und Wasser.

    Hier hast du nun zu jeder Reaktionsart ein Beispiel gegeben. Aus dem Metalloxid Calciumoxid $\left( \ce{CaO} \right)$ werden mit Salzsäure Calciumchlorid $\left( \ce{CaCl2} \right)$ und Wasser, aus dem Hydroxid Kaliumhydroxid $\left( \ce{KOH} \right)$ werden Kaliumchlorid $\left( \ce{KCl} \right)$ und Wasser und aus dem unedlen Metall Magnesium $\left( \ce{Mg} \right)$ werden mit $\ce{ HCl}$ Magnesiumchlorid $\left( \ce{MgCl2} \right)$ und Wasserstoff.

  • Erkläre die Färbung in dem Versuch mit Kupferoxid.

    Tipps

    Salzsäure liegt dissoziiert in Lösung vor. Welches Ion verbindet sich nun mit welchem Teilchen vom Kupferoxid?

    Lösung

    Metalloxide reagieren mit Salzsäure zu den entsprechenden Chloriden. Auf diese Weise können eine Reihe anorganischer Salze hergestellt werden. Die Chloride der Übergangsmetalle sind oft in wässriger Lösung farbig. Daher kannst du die Entstehung sogar beobachten. Eisen(III)-chlorid färbt die Lösung z. B. gelb, und Kupferchlorid, wie in diesem Fall, färbt die Lösung türkis.

  • Entscheide, aus welchen Stoffen HCl hergestellt werden kann.

    Tipps

    Du benötigst ein Chlorid und eine Säure.

    Lösung

    $\ce{HCl}$ lässt sich auf verschiedene Weisen herstellen. Im Labor lässt man oft ein Chlorid mit einer starken Säure reagieren. Das gängigste Chlorid ist sicher das Natriumchlorid, also Kochsalz, was sich sicher immer im Labor finden lässt. Als Säure kann Schwefelsäure verwendet werden.

  • Formuliere die Wortgleichung zu folgender Reaktionsgleichung.

    Tipps

    Chlorwasserstoff addiert sich an die Doppelbindung.

    Der Begriff Chlor muss im Reaktionsprodukt auftauchen.

    Lösung

    Im Video hast du gesehen, dass bei der Herstellung des Polyvinylchlorids eine Verbindung verwendet wird, die eine Dreifachbindung zwischen den Kohlenstoffatomen hat. An solche Mehrfachbindungen kann sich Chlorwasserstoff gut addieren, indem es eine Bindung löst und dann der Wasserstoff an das eine Kohlenstoffatom und das Chlor an das andere Kohlenstatom bindet. Genauso funktioniert auch die hier abgebildete Additionsreaktion zwischen Ethen und Chlorwasserstoff. Die Doppelbindung löst sich und an eines der Kohlenstoffatome bindet Wasserstoff und an das andere Chlor. Die entstandene Verbindung heißt Chlorethan.