Säuren und Basen

KONZEPT

Der Name “Säure” erinnert an lebendige Sinnesbilder — von herber Säure zum Beispiel, wenn die betreffende Säure für den menschlichen Verzehr bestimmt ist, wie bei der Zitronensäure in Zitronen. Auf der anderen Seite bringt der Gedanke an Substanzen in Labor- und Industriestärke mit beängstigend klingenden Namen wie Schwefelsäure oder Flusssäure andere Ideen mit sich – von Säuren, die in der Lage sind, Materialien, einschließlich menschlichem Fleisch, zu zerstören. Der Name “Base,”Im Gegensatz, ist in seinem chemischen Sinne nicht allgemein bekannt, und selbst wenn der ältere Begriff “Alkali” verwendet wird, Die durch das Wort erzeugten Sinneseindrücke sind in der Regel nicht so lebendig wie die, die durch den Gedanken an “Säure” erzeugt werden.” Auch Basen können in ihren industriellen Anwendungen sehr leistungsfähig sein. Wie bei Säuren haben sie viele Anwendungen im Haushalt, in Substanzen wie Backpulver oder Ofenreiniger. Aus geschmacklicher Sicht (wie jeder weiß, der sich jemals die Zähne mit Backpulver geputzt hat) sind Basen eher bitter als sauer. Woher wissen wir, ob etwas eine Säure oder eine Base ist? Säure-Basen-Indikatoren wie Lackmuspapier und andere Materialien zum Testen des pH-Werts bieten ein Mittel zur Beurteilung dieser Eigenschaften in verschiedenen Substanzen. Es gibt jedoch größere strukturelle Definitionen der beiden Konzepte, die sich im späten neunzehnten und frühen zwanzigsten Jahrhundert in drei Phasen entwickelten und eine solidere theoretische Grundlage für das Verständnis von Säuren und Basen bieten.

FUNKTIONSWEISE

Einführung in Säuren und Basen

Vor der Entwicklung der Atom- und Molekültheorie im neunzehnten Jahrhundert, gefolgt von der Entdeckung subatomarer Strukturen im späten neunzehnten und frühen zwanzigsten Jahrhundert, konnten Chemiker nicht viel mehr tun, als Messungen und Beobachtungen durchzuführen. Ihre Definitionen von Substanzen waren rein phänomenologisch – das heißt, das Ergebnis von Experimenten und der Sammlung von Daten. Aus diesen Beobachtungen konnten sie allgemeine Regeln bilden, aber es fehlte ihnen an Mitteln, in die atomaren und molekularen Strukturen der chemischen Welt zu “sehen”.

Die phänomenologischen Unterscheidungen zwischen Säuren und Basen, die von Wissenschaftlern seit der Antike gesammelt wurden, funktionierten viele Jahrhunderte lang gut genug. Das Wort “Säure” kommt vom lateinischen Begriff acidus oder “sauer”, und schon früh verstanden Wissenschaftler, dass Substanzen wie Essig und Zitronensaft eine gemeinsame saure Qualität hatten. Schließlich wurde die phänomenologische Definition von Säuren relativ anspruchsvoll und umfasste Details wie die Tatsache, dass Säuren charakteristische Farben in bestimmten Pflanzenfarbstoffen erzeugen, wie sie bei der Herstellung von Lackmuspapier verwendet werden. Darüber hinaus stellten Chemiker fest, dass Säuren einige Metalle auflösen und dabei Wasserstoff freisetzen.

WARUM “BASE” UND NICHT “ALKALI”?

Das Wort “Alkali” kommt aus dem Arabischen al-qili, was sich auf die Asche der Seekrautpflanze bezieht. Letzteres, das typischerweise in sumpfigen Gebieten wächst, wurde oft verbrannt, um Soda herzustellen, die zur Herstellung von Seife verwendet wird. Im Gegensatz zu Säuren haben Basen — zum Beispiel Koffein — einen bitteren Geschmack und viele von ihnen fühlen sich rutschig an. Sie produzieren auch charakteristische Farben in den Pflanzenfarbstoffen von Lackmuspapier und können verwendet werden, um bestimmte chemische Reaktionen zu fördern. Beachten Sie, dass Chemiker heute das Wort “Base” anstelle von “Alkali” verwenden, da der letztere Begriff eine engere Bedeutung hat: Alle Alkalien sind Basen, aber nicht alle Basen sind Alkalien.

Ursprünglich bezog sich “Alkali” nur auf die Asche verbrannter Pflanzen wie Seekraut, die entweder Natrium oder Kalium enthielten und aus denen die Oxide von Natrium und Kalium gewonnen werden konnten. Schließlich bedeutete Alkali die löslichen Hydroxide der Alkali- und Erdalkalimetalle. Dazu gehören Natriumhydroxid, der Wirkstoff in Abfluss- und Ofenreinigern; Magnesiumhydroxid, zum Beispiel in Magnesiummilch verwendet; Kaliumhydroxid, in Seifen und anderen Substanzen gefunden; und andere Verbindungen. So breit dieses Substanzspektrum auch ist, es umfasst nicht die breite Palette von Materialien, die heute als Basen bekannt sind — Verbindungen, die mit Säuren unter Bildung von Salzen und Wasser reagieren.

Auf dem Weg zu einer strukturellen Definition

Die Reaktion zur Bildung von Salzen und Wasser ist in der Tat eine der Möglichkeiten, wie Säuren und Basen definiert werden können. In einer wässrigen Lösung reagieren Salzsäure und Natriumhydroxid unter Bildung von Natriumchlorid — das, obwohl es in einer wässrigen Lösung suspendiert ist, immer noch übliches Speisesalz ist — zusammen mit Wasser. Die Gleichung für diese Reaktion lautet HCl (aq ) + NaOH (aq ) → H2O + NaCl (aq ). Mit anderen Worten, das Natrium (Na) -Ion in Natriumhydroxid wechselt mit dem Wasserstoffion in Salzsäure, was zur Bildung von NaCl (Salz) zusammen mit Wasser führt.

Aber warum passiert das? So nützlich diese Definition in Bezug auf die Bildung von Salzen und Wasser auch ist, sie ist immer noch nicht strukturell — mit anderen Worten, sie befasst sich nicht mit der molekularen Struktur und dem Verhalten von Säuren und Basen. Die erste wirklich strukturelle Definition des Unterschieds geht auf den schwedischen Chemiker Svante Arrhenius (1859-1927) zurück. Es war Arrhenius, der 1884 in seiner Doktorarbeit das Konzept eines Ions einführte, eines Atoms mit elektrischer Ladung.

Sein Verständnis war besonders beeindruckend angesichts der Tatsache, dass es noch 13 Jahre vor der Entdeckung des Elektrons war, des subatomaren Teilchens, das für die Bildung von Ionen verantwortlich ist. Atome haben eine neutrale Ladung, aber wenn ein Elektron oder Elektronen abreisen, wird das Atom zu einem positiven Ion oder Kation. Ähnlich, wenn ein Elektron oder Elektronen einem zuvor ungeladenen beitretenatom, Das Ergebnis ist ein negatives Ion oder Anion. Das Konzept der Ionen beeinflusste nicht nur die Zukunft der Chemie, sondern lieferte Arrhenius auch den Schlüssel, um seine Unterscheidung zwischen Säuren und Basen zu formulieren.

Die Arrhenius-Definition

Arrhenius beobachtete, dass Moleküle bestimmter Verbindungen in geladene Teilchen zerfallen, wenn sie in Flüssigkeit gegeben werden. Dies führte ihn zur Arrhenius-Säure-Base-Theorie, die eine Säure als jede Verbindung definiert, die Wasserstoffionen (H +) erzeugt, wenn sie in Wasser gelöst wird, und eine Base als jede Verbindung, die Hydroxidionen (OH−) erzeugt, wenn sie in Wasser gelöst wird.

Dies war ein guter Anfang, aber zwei Aspekte von Arrhenius ‘Theorie deuteten auf die Notwendigkeit einer Definition hin, die mehr Substanzen umfasste. Zunächst beschränkte sich seine Theorie auf Reaktionen in wässrigen Lösungen. Obwohl viele Säure-Base-Reaktionen auftreten, wenn Wasser das Lösungsmittel ist, ist dies nicht immer der Fall.

Zweitens beschränkte die Arrhenius-Definition Säuren und Basen effektiv nur auf solche ionischen Verbindungen wie Salzsäure oder Natriumhydroxid, die entweder Wasserstoff- oder Oxidionen produzierten. Ammoniak oder NH3 wirkt jedoch in wässrigen Lösungen wie eine Base, obwohl es das Hydroxidion nicht erzeugt. Gleiches gilt für andere Substanzen, die sich wie Säuren oder Basen verhalten, ohne der Arrhenius-Definition zu entsprechen.

Diese Mängel wiesen auf die Notwendigkeit einer umfassenderen Theorie hin, die mit der Formulierung der Brønsted-Lowry-Definition durch den englischen Chemiker Thomas Lowry (1874-1936) und den dänischen Chemiker JN Brønsted (1879-1947) eintraf. Nichtsdestotrotz stellte Arrhenius ‘Theorie einen wichtigen ersten Schritt dar, und 1903 erhielt er den Nobelpreis für Chemie für seine Arbeiten zur Dissoziation von Molekülen in Ionen.

Die BrØnsted-Lowry-Definition

Die Brønsted-Lowry-Säure-Base-Theorie definiert eine Säure als Proton (H +) -Donor und eine Base als Protonenakzeptor in einer chemischen Reaktion. Protonen werden durch das Symbol H+ dargestellt, und bei der Darstellung von Säuren und Basen werden die Symbole HA bzw. A− verwendet. Diese Symbole zeigen an, dass eine Säure ein Proton hat, das sie abgeben kann, während eine Base mit ihrer negativen Ladung bereit ist, das positiv geladene Proton aufzunehmen.

Obwohl es hier verwendet wird, um ein Proton darzustellen, sollte darauf hingewiesen werden, dass H+ auch das Wasserstoffion ist – ein Wasserstoffatom, das sein einziges Elektron verloren hat und somit ein positives charge.It ist also wirklich nichts anderes als ein einzelnes Proton, aber dies ist der einzige Fall, in dem ein Atom und ein Proton genau dasselbe sind. Bei einer Säure-Base-Reaktion “spendet” ein Säuremolekül ein Proton in Form eines Wasserstoffions. Dies sollte nicht mit einem weitaus komplexeren Prozess, der Kernfusion, verwechselt werden, bei dem ein Atom ein Proton an ein anderes Atom abgibt.

EINE SÄURE-BASE-REAKTION IN DER BRØNSTED-LOWRY-THEORIE.

Die grundlegendste Art der Säure-Base-Reaktion in der Brønsted-Lowry-Theorie kann so symbolisiert werden HA(aq ) + H2O(l ) →H3O+(aq ) + A−(aq ). Die erste gezeigte Säure — die wie drei der vier “Spieler” in dieser Gleichung in einer wässrigen Lösung gelöst ist – verbindet sich mit Wasser, das entweder als Säure oder als Base dienen kann. Im vorliegenden Kontext fungiert es als Basis.

Wassermoleküle sind polar, was bedeutet, dass die negativen Ladungen dazu neigen, sich an einem Ende des Moleküls mit dem Sauerstoffatom zu versammeln, während die positiven Ladungen am anderen Ende mit den Wasserstoffatomen verbleiben. Das Brønsted-Lowry-Modell betont die Rolle von Wasser, das das Proton aus der Säure zieht, was zur Bildung von H3O + führt, das als Hydronium-Ion bekannt ist.

Das hier erzeugte Hydroniumion ist ein Beispiel für eine konjugierte Säure, eine Säure, die entsteht, wenn eine Base ein Proton aufnimmt. Gleichzeitig hat die Säure ihr Proton verloren und wird zu einer −, einer konjugierten Base — dh der Base, die gebildet wird, wenn eine Säure ein Proton freisetzt. Diese beiden Reaktionsprodukte werden als konjugiertes Säure-Basen-Paar bezeichnet, ein Begriff, der sich auf zwei Substanzen bezieht, die durch die Abgabe eines Protons miteinander verwandt sind.

Die Definition von Brønsted und Lowry stellt eine Verbesserung gegenüber der von Arrhenius dar, da sie alle Arrhenius-Säuren und -Basen sowie andere chemische Spezies umfasst, die in der Arrhenius-Theorie nicht enthalten sind. Ein Beispiel, das bereits erwähnt wurde, ist Ammoniak. Obwohl es keine OH−Ionen erzeugt, akzeptiert Ammoniak ein Proton aus einem Wassermolekül, und die Reaktion zwischen diesen beiden (wobei Wasser diesmal die Funktion der Säure erfüllt) erzeugt das konjugierte Säure-Base−Paar von NH4+ (ein Ammoniumion) und OH-. Beachten Sie, dass letzteres, das Hydroxidion, nicht durch Ammoniak erzeugt wurde, sondern die konjugierte Base ist, die entstand, als das Wassermolekül sein H + -Atom oder Proton verlor.

Die Lewis-Definition

Trotz des Fortschritts, den das Brønsted-Lowry-Modell den Chemikern bot, beschränkte es sich immer noch auf die Beschreibung von Verbindungen, die Wasserstoff enthalten. Wie der amerikanische Chemiker Gilbert N. Lewis (1875-1946) erkannte, umfasste dies nicht das gesamte Spektrum der Säuren und Basen.

Lewis ist besonders bekannt für seine Arbeiten im Bereich der chemischen Bindung. Die Bindung von Atomen ist das Ergebnis der Aktivität der Valenzelektronen oder der Elektronen an der “Außenseite” des Atoms. Elektronen sind je nach Art der Bindung unterschiedlich angeordnet, verbinden sich jedoch immer paarweise.

Nach der Lewis-Säure-Base-Theorie ist eine Säure der Reaktant, der ein Elektronenpaar von einem anderen Reaktanten in einer chemischen Reaktion akzeptiert, während eine Base der Reaktant ist, der ein Elektronenpaar an einen anderen Reaktanten abgibt. Wie bei der Brønsted-Lowry-Definition ist die Lewis-Definition reaktionsabhängig und definiert eine Verbindung nicht als Säure oder Base. Stattdessen dient die Art und Weise, in der die Verbindung mit einer anderen reagiert, dazu, sie als Säure oder Base zu identifizieren.

EINE VERBESSERUNG GEGENÜBER SEINEN VORGÄNGERN.

Die Schönheit der Lewis-Definition liegt in der Tatsache, dass sie alle Situationen umfasst, die von den anderen abgedeckt werden — und mehr. So wie Brønsted-Lowry Arrhenius nicht widerlegte, sondern eine Definition anbot, die mehr Substanzen abdeckte, erweiterte Lewis die Palette der Substanzen über die von Brønsted-Lowry abgedeckten hinaus. Insbesondere kann die Lewis-Theorie verwendet werden, um die Säure und die Base in bindungsbildenden chemischen Reaktionen zu unterscheiden, bei denen keine Ionen erzeugt werden und bei denen es keinen Protonendonor oder -akzeptor gibt. Damit stellt es eine Verbesserung gegenüber Arrhenius bzw. Brønsted-Lowry dar.

Ein Beispiel ist die Reaktion von Bortrifluorid (BF3) mit Ammoniak (NH3), beide in den Gasphasen, zu Bortrifluorid-Ammoniak-Komplex (F3BNH3). Bei dieser Reaktion akzeptiert Bortrifluorid ein Elektronenpaar und ist daher eine Lewis-Säure, während Ammoniak das Elektronenpaar abgibt und somit eine Lewis-Base ist. Obwohl Wasserstoff an dieser speziellen Reaktion beteiligt ist, befasst sich die Lewis-Theorie auch mit Reaktionen, an denen kein Wasserstoff beteiligt ist.

REALE ANWENDUNGEN

pHand Säure-Base-Indikatoren

Obwohl Chemiker die von uns diskutierten ausgeklügelten Strukturdefinitionen für Säuren und Basen anwenden, gibt es auch “praktischere” Methoden zur Identifizierung einer bestimmten Substanz (einschließlich komplexer Gemische) als Säure oder Base. Viele von ihnen nutzen die pH-Skala, die 1909 vom dänischen Chemiker SØren SØrensen (1868-1939) entwickelt wurde.

Der Begriff pH steht für “Potential von Wasserstoff”, und die pH-Skala ist ein Mittel zur Bestimmung der Acidität oder Alkalität einer Substanz. (Obwohl, wie bereits erwähnt, der Begriff “Alkali” durch “Base” ersetzt wurde, wird die Alkalität immer noch als Adjektiv verwendet, um den Grad anzugeben, in dem eine Substanz die Eigenschaften einer Base aufweist.) Dem Bereich der pH-Skala sind theoretisch keine Grenzen gesetzt, Zahlen für Säure und Alkalität werden jedoch in der Regel mit Zahlenwerten zwischen 0 und 14 angegeben.

DIE BEDEUTUNG DER pH-WERTE.

Eine Bewertung von 0 auf der pH-Skala zeigt eine Substanz an, die praktisch reine Säure ist, während eine Bewertung von 14 eine nahezu reine Base darstellt. Eine Bewertung von 7 zeigt eine neutrale Substanz an. Die pH-Skala ist logarithmisch oder exponentiell, was bedeutet, dass die Zahlen Exponenten darstellen und somit ein erhöhter Wert von 1 keine einfache arithmetische Addition von 1 darstellt, sondern eine Zunahme von 1 Potenz. Dies bedarf jedoch einer weiteren Erklärung.

Die pH-Skala basiert eigentlich auf negativen Logarithmen für die Werte von H3O + (das Hydroniumion) oder H+ (Protonen) in einer bestimmten Substanz. Die Formel lautet also pH = -log oder -log, und die Anwesenheit von Hydroniumionen oder Protonen wird entsprechend ihrer Molkonzentration pro Liter Lösung gemessen.

pH-WERTE VERSCHIEDENER SUBSTANZEN.

Der pH-Wert einer praktisch reinen Säure, wie der Schwefelsäure in Autobatterien, ist 0, und dies entspricht 1 Mol (mol) Hydronium pro Liter (l) Lösung. Zitronensaft hat einen pH-Wert von 2, gleich 10-2 mol / l. Beachten Sie, dass der pH-Wert von 2 einem Exponenten von -2 entspricht, was in diesem Fall zu einem Wert von 0,01 mol / l führt.

Destilliertes Wasser, eine neutrale Substanz mit einem pH-Wert von 7, hat ein Hydroniumäquivalent von 10-7 mol / l. Es ist interessant zu beobachten, dass die meisten Flüssigkeiten im menschlichen Körper pH—Werte im neutralen Bereich haben Blut (venös, 7,35; arteriell, 7,45); Urin (6,0 – beachten Sie das höhere Vorhandensein von Säure); und Speichel (6,0 bis 7,4).

Am alkalischen Ende der Skala befindet sich Borax mit einem pH-Wert von 9, während Haushalts-Ammoniak einen pH-Wert von 11 oder 10-11 mol / l hat. Natriumhydroxid oder Lauge, eine extrem alkalische Chemikalie mit einem pH-Wert von 14, hat einen Wert von 10-14 mol Hydronium pro Liter Lösung.

LACKMUSPAPIER UND ANDERE INDIKATOREN.

Die genauesten pH-Messungen werden mit elektronischen pH-Messgeräten durchgeführt, die Werte mit einer Genauigkeit von 0,001 pH liefern können. Es werden jedoch auch einfachere Materialien verwendet. Am bekanntesten ist Lackmuspapier (hergestellt aus einem Extrakt aus zwei Flechtenarten), das in Gegenwart von Basen blau und in Gegenwart von Säuren rot wird. Der Begriff “Lackmustest” ist Teil der Alltagssprache geworden, unter Bezugnahme auf ein Make-or-Break—Problem – zum Beispiel, “Ansichten über Abtreibungsrechte wurden zu einem Lackmustest für Kandidaten des Obersten Gerichtshofs.”

Lackmus ist nur eines von vielen Materialien, die zur Herstellung von pH-Papier verwendet werden, aber in jedem Fall ist die Farbänderung das Ergebnis der Neutralisierung der Substanz auf dem Papier. Beispielsweise ändert sich mit Phenolphthalein beschichtetes Papier in einem pH-Bereich von 8,2 bis 10 von farblos nach rosa, so dass es zum Testen von Materialien nützlich ist, von denen angenommen wird, dass sie mäßig alkalisch sind. Extrakte aus verschiedenen Früchten und Gemüsen, einschließlich Rotkohl, roten Zwiebeln und anderen, werden ebenfalls als Indikatoren verwendet.

Einige Gemeinsame Säuren und Basen

Die tabellen unten liste ein paar gut bekannt säuren und basen, zusammen mit ihre formeln und ein paar anwendungen

Gemeinsame Säuren

• Essigsäure (CH3COOH): essig, acetat
• Acetylsalicylsäure (HOOCC6H4OOCCH3): aspirin
• Ascorbinsäure (H2C6H6O6): Vitamin C
• Kohlensäure (H2CO3): alkoholfreie Getränke, Selterwasser
• Zitronensäure (C6H8O7): Zitrusfrüchte, künstliche Aromen
• Salzsäure (HCl): Magensäure
• Salpetersäure (Salpetersäure): HNO3): fertilizer, explosives
• Sulfuric acid (H2SO4): car batteries

Common Bases

• Aluminum hydroxide (Al3): antacids, deodorants
• Ammonium hydroxide (NH4OH): glass cleaner
• Calcium hydroxide (Ca2): caustic lime, mortar, plaster
• Magnesium hydroxide (Mg2): laxatives, antacids
• Sodium bicarbonate/sodium hydrogen carbonate (NaHCO3): baking soda
• Sodium carbonate (Na2CO3): dish detergent
• Sodium hydroxide (NaOH): lye, oven and drain cleaner
• Sodium hypochlorite (NaClO): bleichmittel

Natürlich stellen diese nur einige der vielen Säuren und Basen dar, die es gibt. Ausgewählte oben aufgeführte Substanzen werden im Folgenden kurz diskutiert.

Säuren

SÄUREN IM MENSCHLICHEN KÖRPER UND IN LEBENSMITTELN.

Wie der Name schon sagt, kommt Zitronensäure in Zitrusfrüchten vor – insbesondere Zitronen, Limetten und Grapefruits. Es wird auch als Aromastoff, Konservierungsmittel und Reinigungsmittel verwendet. Zitronensäure wird kommerziell aus der Fermentation von Zucker durch verschiedene Schimmelpilzarten hergestellt und erzeugt einen herben und süßen Geschmack. Die Säure ist natürlich eine Funktion ihres Säuregehalts oder eine Manifestation der Tatsache, dass sie Wasserstoffionen produziert. Die Süße ist ein komplexeres biochemisches Problem in Bezug auf die Art und Weise, wie Zitronensäuremoleküle in die “süßen” Rezeptoren der Zunge passen.

Zitronensäure spielt eine Rolle in einem berühmten Magenmittel oder Antazida. Dies an sich ist interessant, da Antazida allgemeiner mit alkalischen Substanzen assoziiert sind, die wegen ihrer Fähigkeit zur Neutralisierung von Magensäure verwendet werden. Das Sprudeln in Alka-Seltzer entsteht jedoch durch die Reaktion von Zitronensäure (die auch einen angenehmeren Geschmack ergibt) mit Natriumbicarbonat oder Backpulver, einer Base. Diese Reaktion erzeugt Kohlendioxidgas. Als Konservierungsmittel verhindert Zitronensäure, dass Metallionen mit Fetten in Lebensmitteln reagieren und so den Abbau beschleunigen. Es wird auch bei der Herstellung von Haarspülungen und Shampoos und Zahnpasten mit niedrigem pH-Wert verwendet.

Die Carbonsäurefamilie der Kohlenwasserstoffderivate umfasst eine breite Palette von Substanzen – nicht nur Zitronensäuren, sondern auch Aminosäuren. Aminosäuren bilden zusammen Proteine, eine der Hauptkomponenten in menschlichen Muskeln, Haut und Haaren. Carbonsäuren werden auch technisch angewendet, insbesondere bei der Verwendung von Fettsäuren zur Herstellung von Seifen, Waschmitteln und Shampoos.

SCHWEFELSÄURE.

Es gibt viele Säuren im menschlichen Körper, einschließlich Salzsäure oder Magensäure — die in großen Mengen Verdauungsstörungen und die Notwendigkeit einer Neutralisation mit einer Base verursacht. Die Natur produziert auch für den Menschen giftige Säuren wie Schwefelsäure.

Obwohl die direkte Exposition gegenüber Schwefelsäure extrem gefährlich ist, hat die Substanz zahlreiche Anwendungen. Es wird nicht nur in Autobatterien verwendet, sondern Schwefelsäure ist auch ein wesentlicher Bestandteil bei der Herstellung von Düngemitteln. Andererseits ist Schwefelsäure umweltschädlich, wenn sie in Form von saurem Regen auftritt. Unter den Verunreinigungen in Kohle ist Schwefel, und dies führt zur Produktion von Schwefeldioxid und Schwefeltrioxid, wenn die Kohle verbrannt wird. Schwefeltrioxid reagiert mit Wasser in der Luft und erzeugt Schwefelsäure und damit sauren Regen, der Pflanzen- und Tierleben gefährden sowie Metalle und Baumaterialien korrodieren kann.

Basen

Die Alkali- und Erdalkalimetallfamilien von Elementen sind, wie der Name schon sagt, Basen. Eine Reihe von Substanzen, die durch die Reaktion dieser Metalle mit nichtmetallischen Elementen entstehen, werden intern eingenommen, um Magenbeschwerden zu lindern oder Darmblockaden zu beseitigen. Zum Beispiel gibt es Magnesiumsulfat, besser bekannt als Bittersalz, das ein starkes Abführmittel darstellt, das auch verwendet wird, um den Körper von Giften zu befreien.

Aluminiumhydroxid ist eine interessante Base, da es eine Vielzahl von Anwendungen hat, einschließlich seiner Verwendung in Antazida. Als solches reagiert es mit und neutralisiert Magensäure, und aus diesem Grund wird in kommerziellen Antazida wie Di-Gel ™, Gelusil ™ und Maalox ™ gefunden. Aluminiumhydroxid wird auch bei der Wasserreinigung, beim Färben von Kleidungsstücken und bei der Herstellung bestimmter Glasarten verwendet. Ein enger Verwandter, Aluminiumhydroxychlorid oder Al2 (OH) 5Cl, erscheint in vielen kommerziellen Antitranspirantien und hilft, die Poren zu schließen, wodurch der Schweißfluss gestoppt wird.

NATRIUMHYDROGENCARBONAT (BACKPULVER).

Backpulver, von Chemikern sowohl als Natriumbicarbonatund Natriumhydrogencarbonat, ist ein weiteres Beispiel für eine Base mit mehreren Zwecken. Wie bereits erwähnt, wird es in Alka-Seltzer ™ unter Zusatz von Zitronensäure verwendet, um den Geschmack zu verbessern.

Backpulver wird auch zur Brandbekämpfung verwendet, da es bei hohen Temperaturen zu Kohlendioxid wird, das Flammen erstickt, indem es den Sauerstofffluss zum Feuer behindert. Natürlich wird Backpulver auch beim Backen verwendet, wenn es mit einer schwachen Säure zu Backpulver kombiniert wird. Die Reaktion der Säure und des Backpulvers erzeugt Kohlendioxid, wodurch Teig und Teige aufgehen. In einem Kühlschrank oder Schrank kann Backpulver unangenehme Gerüche absorbieren und zusätzlich als Reinigungsmittel verwendet werden.

NATRIUMHYDROXID (LAUGE).

Eine weitere zur Reinigung verwendete Base ist Natriumhydroxid, allgemein bekannt als Lauge oder Natronlauge. Im Gegensatz zu Backpulver ist es jedoch nicht innerlich einzunehmen, da es das menschliche Gewebe — insbesondere die Augen – stark schädigt. Lauge kommt in Abflussreinigern wie Drano ™ und Ofenreinigern wie Easy-Off ™ vor, die ihre Fähigkeit nutzen, Fette in wasserlösliche Seife umzuwandeln.

Dabei können jedoch relativ große Mengen Lauge genügend Wärme erzeugen, um das Wasser in einem Abfluss zu kochen, wodurch das Wasser nach oben schießt. Aus diesem Grund ist es nicht ratsam, in der Nähe eines mit Lauge behandelten Abflusses zu stehen. In einem geschlossenen Ofen ist dies natürlich keine Gefahr; und nach Abschluss des Reinigungsvorgangs können die umgewandelten Fette (jetzt in Form von Seife) aufgelöst und mit einem Schwamm abgewischt werden.

WEITERE INFORMATIONEN

“Häufig gestellte Fragen zu Säuren und Basen.” Allgemeine Chemie Online (Web site). <http://antoine.fsu.umd.edu/chem/senese/101/acidbase/faq.shtml> (7. Juni 2001).

“Säuren, Basen und Salze.” Chemie Coach (Website). <http://www.chemistrycoach.com/acids.htm> (7. Juni 2001).

“Säuren, Basen und Salze.” Universität von Akron, Abteilung für Chemie (Website). <http://ull.chemistry.uakron.edu/genobc/Chapter_09/title.html> (7. Juni 2001).

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Oxlade, Chris. Säuren und Basen. Chicago: Heinemann-Bibliothek, 2001.

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Walters, Derek. Chemie. Illustriert von Denis Bishop und Jim Robins. New York: F. Watts, 1982.

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SCHLÜSSELBEGRIFFE

SÄURE:

Eine Substanz, die in ihrer essbaren Form sauer schmeckt und in nicht essbaren Formen häufig Metalle auflösen kann. Säuren und Basen reagieren zu Salzen und Wasser. Dies sind jedoch alles phänomenologische Definitionen im Gegensatz zu den drei strukturellen Definitionen von Säuren und Basen — den Arrhenius-, Brønsted-Lowry- und Lewis-Säure-Base-Theorien.

ALKALI:

Ein Begriff, der sich auf die löslichen Hydroxide der Alkali- und Erdalkalimetalle bezieht. Früher wurde “Alkali” für die Klasse von Substanzen verwendet, die mit Säuren zu Salzen reagieren; Heute wird jedoch der allgemeinere Begriff Base bevorzugt.

ALKALITÄT:

Ein adjektivischer Begriff, der verwendet wird, um den Grad zu identifizieren, in dem eine Substanz die Eigenschaften einer Base aufweist.

ANION:

Das negativ geladene Ion, das entsteht, wenn ein Atom ein oder mehrere Elektronen gewinnt. “Anion” wird “AN-ie-un” ausgesprochen.

WÄSSRIGE LÖSUNG:

Eine Substanz, in der Wasser das Lösungsmittel darstellt. Eine große Anzahl chemischer Reaktionen findet in einer wässrigen Lösung statt.

ARRHENIUS SÄURE-BASEN-THEORIE:

Die erste von drei strukturellen Definitionen von Säuren und Basen. Die vom schwedischen Chemiker Svante Arrhenius (1859-1927) formulierte Arrhenius−Theorie definiert Säuren und Basen nach den Ionen, die sie in einer wässrigen Lösung produzieren: Eine Säure produziert Wasserstoffionen (H +) und eine Base Hydroxidionen (OH-).

BASE:

Eine Substanz, die in ihrer essbaren Form bitter im Geschmack ist. Basen neigen dazu, sich rutschig anzufassen, und in Reaktion mit Säuren produzieren sie Salze und Wasser. Basen und Säuren sind am besten definiert, jedoch nicht in diesen phänomenologischen Begriffen, sondern durch die drei strukturellen Definitionen von Säuren und Basen — die Arrhenius-, Brønsted-Lowry- und Lewis-Säure-Base-Theorien.

BRØNSTED-LOWRY SÄURE-BASEN-THEORIE:

Die zweite von drei strukturellen Definitionen von Säuren und Basen. Formuliert vom englischen Chemiker Thomas Lowry (1874-1936) und dem dänischen Chemiker J. N. Brønsted (1879-1947), Brønsted-Lowry-Theorie definiert eine Säure als Proton (H +) -Donor und eine Base als Protonenakzeptor.

KATION:

Das positiv geladene Ion, das entsteht, wenn ein Atom ein oder mehrere Elektronen verliert. “Kation” wird “KAT-ie-un” ausgesprochen.

CHEMISCHE SPEZIES:

Ein Oberbegriff für jede Substanz, die in der Chemie untersucht wird – sei es ein Element, eine Verbindung, eine Mischung, ein Atom, ein Molekül, ein Ion usw.

KONJUGIERTE SÄURE:

Eine Säure, die entsteht, wenn eine Base ein Proton (H+) aufnimmt.

KONJUGIERTES SÄURE-BASE-PAAR:

Die Säure und Base, die entstehen, wenn eine Säure ein einzelnes Proton an eine Base abgibt. In der Reaktion, die dieses Paar erzeugt, wechseln Säure und Base die Identität. Durch die Abgabe von Aproton wird die Säure zu einer konjugierten Base, und durch die Aufnahme des Protons wird die Base zu einer konjugierten Säure.

KONJUGIERTE BASE:

Eine Base, die entsteht, wenn eine Säure ein Proton freisetzt.

ION:

Ein Atom oder Atome, die ein oder mehrere Elektronen verloren oder gewonnen haben und somit eine elektrische Nettoladung haben. Es gibt zwei Arten von Ionen: Anionen und Kationen.

IONENBINDUNG:

Eine Form der chemischen Bindung, die sich aus Anziehungen zwischen Ionen mit entgegengesetzten elektrischen Ladungen ergibt.

IONISCHE VERBINDUNG:

Eine Verbindung, in der Ionen vorhanden sind. Ionische Verbindungen enthalten mindestens ein Metall und ein Nichtmetall, die durch eine ionische Bindung verbunden sind.

LEWIS-SÄURE-BASE-THEORIE:

Die dritte von drei strukturellen Definitionen von Säuren und Basen. Formuliert vom amerikanischen Chemiker Gilbert N. Lewis (1875-1946), Lewis-Theorie definiert eine Säure als den Reaktanten, der ein Elektronenpaar von einem anderen Reaktanten in einer chemischen Reaktion akzeptiert, und eine Base als den Reaktanten, der ein Elektronenpaar an einen anderen Reaktanten spendet.

PH-SKALA:

Eine logarithmische Skala zur Bestimmung der Acidität oder Alkalität einer Substanz von 0 (praktisch reine Säure) bis 7 (neutral) bis 14 (praktisch reine Base).

PHÄNOMENOLOGISCH:

Ein Begriff, der wissenschaftliche Definitionen beschreibt, die ausschließlich auf experimentellen Phänomenen basieren. Diese vermitteln jedoch nur einen Teil des Bildes — in erster Linie den Teil, den ein Chemiker entweder durch Messung oder durch die Sinne, wie das Sehen, wahrnehmen kann. Eine strukturelle Definition ist daher in der Regel einer phänomenologischen vorzuziehen.

REAKTANT:

Eine Substanz, die in einer chemischen Reaktion mit einer anderen Substanz interagiert, wodurch ein Produkt entsteht.

SALZE:

Ionische Verbindungen, die durch die Reaktion zwischen einer Säure und einer Base gebildet werden. Bei dieser Reaktion werden eines oder mehrere der Hydrogenionen einer Säure durch ein anderes positives Ion ersetzt. Säure-Base-Reaktionen produzieren nicht nur Salze, sondern auch Wasser.

LÖSUNG:

Eine homogene Mischung, in der eine oder mehrere Substanzen (thesolute) in einer oder mehreren anderen Substanzen (das Lösungsmittel) gelöst—zum Beispiel Zucker in Wasser gelöst.

LÖSUNGSMITTEL:

Eine Substanz, die sich auflöstein anderer, gelöster Stoff, in einer Lösung.

STRUKTURELL:

Ein Begriff, der wissenschaftliche Definitionen beschreibt, die eher auf Aspekten der molekularen Struktur und des Verhaltens als auf rein phänomenologischen Daten basieren.