Säuren, Basen und die pH-Skala
Die Begriffe Säure und Base beschreiben chemische Eigenschaften vieler Substanzen, die wir täglich verwenden. Saure Dinge schmecken sauer. Basische oder alkalische Dinge schmecken seifig. Starke Säuren sind ätzend und starke Basen sind ätzend; beide können schwere Hautschäden verursachen, die sich wie Verbrennungen anfühlen. Milde Säuren und Basen sind jedoch weit verbreitet und für uns relativ harmlos. Was macht eine Substanz sauer oder basisch? Die folgende Gleichung ist ein guter Anfang:
Wir beginnen mit zwei Wassermolekülen und bewegen einige Wasserstoffatome umher. Ein Wassermolekül gewinnt ein Wasserstoffatom und wird dadurch positiv geladen, während das andere Wassermolekül ein Wasserstoffatom verliert und dadurch negativ geladen wird. H3O+ wird als Hydronium-Ion bezeichnet und macht die Dinge sauer. OH- wird als Hydroxyl-Ion bezeichnet und macht die Dinge basisch. Im Wasser herrscht jedoch ein Gleichgewicht zwischen Hydronium und Hydroxyl, so dass sie sich gegenseitig aufheben. Reines Wasser ist weder sauer noch basisch; es ist neutral.
Wie wird also etwas sauer oder basisch? Das passiert, wenn die Hydronium- und die Hydroxylgruppen aus dem Gleichgewicht sind. Wenn es mehr positiv geladene Hydronium- als negativ geladene Hydroxylgruppen gibt, dann ist die Substanz sauer. Wenn es mehr negativ geladene Hydroxylgruppen als positiv geladene Hydroniumionen gibt, dann wird die Substanz basisch. pH steht eigentlich für das „Potential (oder die Kraft) des Wasserstoffs“
Anmerkung: Manchmal schreiben Leute H+ als Abkürzung für H3O+ und das kann zu Verwirrung führen, denn manchmal, wenn Leute H+ schreiben, meinen sie wirklich nur H+ und nicht H3O+. Achten Sie darauf und fragen Sie nach einer Erklärung!
Wenn wir Säuren in Wasser auflösen, entsteht ein Überschuss an Hydronium. Wenn wir Basen in Wasser lösen, erzeugen wir einen Überschuss an Hydroxylgruppen. Hier sind zwei Beispiele. Essig, eine schwache Säure, hat eine chemische Formel von CH3COOH. Wenn er in Wasser aufgelöst wird, entsteht CH3COO- und H+. Die H+-Ionen verbinden sich mit Wassermolekülen zu H3O+, so dass die Lösung sauer wird. Betrachten wir nun die Lauge, eine starke Base mit der chemischen Formel NaOH (Natriumhydroxid). Wenn wir NaOH zu Wasser geben, dissoziiert es in Na+ und OH-. Die Natriumanteile machen nichts Wichtiges, aber die Hydroxylgruppen machen die Lösung basischer.
Eine letzte Frage: Warum sind starke Säuren und starke Basen so unangenehm? Das liegt daran, dass sie aus dem Gleichgewicht geraten sind. Sie haben entweder zu viele positive Ladungen und suchen nach Negativen, um wieder ins Gleichgewicht zu kommen, oder sie haben zu viele negative Ladungen und suchen nach Positiven, um wieder ins Gleichgewicht zu kommen. Das macht sie sehr reaktionsfreudig gegenüber allem, was sie berühren. Wenn die Positiven und Negativen in gleicher Anzahl vorhanden sind, neutralisieren sie sich gegenseitig.