Arbeitsblatt: Säuren und Basen

1. Säuren und Basen 26 Säuren sind in vielen Stoffen des Alltags vorhanden und haben eine große wirtschaftliche Bedeutung. Sie werden zum Beispiel zum Haltbarmachen von Lebensmitteln (Ascorbinsäure (Vitamin C), Zitronensäure, Essigsäure) benötigt, sie sind in vielen Getränken enthalten (Weinsäure, Kohlensäure) oder können als Reinigungsmittel verwendet werden (Salzsäure zum Entkalken). Eine andere Säure in Lebensmitteln ist die Milchsäure. Sie kommt in vielen Milchprodukten wie Sauermilch, Jogurt, Quark und Käse vor. Milchsäure entsteht, wenn Milchsäurebakterien Zucker abbauen. Die Säure in Milchprodukten verbessert nicht nur den Geschmack der Lebensmittel, sondern erhöht auch deren Haltbarkeit. Mit Säuren kann man vielen Mikroorganismen, die für den Verderb von Lebensmitteln verantwortlich sind, das Leben schwer machen. Sie können sich darin nicht weiter vermehren oder gehen sogar zugrunde. Im Körper spielt die Magensäure eine wichtige Rolle. Selbst beim Autofahren kommt man nicht um Säuren herum, denn die Autobatterien enthalten etwa 40 %ige Schwefelsäure. Säuren gibt es unter den anorganischen sowie unter den organischen Verbindungen. Sie sind Naturprodukte oder werden in der chemischen Industrie hergestellt. 1. Geschichte einzelner Säuren Säuren sind dem Menschen schon lange bekannt. Schon 2000 v. Chr. verwendete man Essig zum Würzen von Speisen. Es ist zwar unwahrscheinlich, dass diese Stoffe schon damals als Säuren angesprochen wurden, aber ihr saurer Charakter war bereits bekannt und geschätzt. Die Griechen und Römer nutzten die erfrischende Wirkung von Zitrusfrüchten. Diese Erfrischung kommt unter anderem von der in den Früchten enthaltenen Zitronensäure. C/20081220-113831S Säuren und Basen1.doc IS/20.12.08 1. Säuren und Basen 27 Im 13. Jahrhundert wurden die Salpeter- und die Schwefelsäure erstmals in byzantinischen Schriften erwähnt. Erst Ende des 13. Jahrhunderts wurde die Gewinnung der Schwefelsäure beschrieben Die in der Renaissance noch als scharfe Wässer bezeichneten Säuren bekamen eine immer stärkere wirtschaftliche Bedeutung. Der wirtschaftliche Einsatz der Schwefelsäure begann erst Mitte des 18. Jahrhunderts. Ihr Haupteinsatzgebiet war die Stofffärberei und die Bleicherei. Die Salpetersäure dagegen wurde schon früher zu gewerblichen Zwecken verwendet. Die Salpetersäure fand hauptsächlich in der Edelmetallverarbeitung ihren Einsatz. Zum Beispiel in Venedig wurde sie bereits im 15. Jahrhundert zur Scheidung von Gold und Silber verwendet. Die Salzsäure wurde im 16. Jahrhundert entdeckt. Fragen zum Text: Auf welche Stoffe ist der saure Geschmack von Äpfeln zurückzuführen? Welche Säure findest du im Mineralwasser? Auch in Jogurt und Sauermilch ist Säure enthalten. Wie gelangt sie in die Lebensmittel? Eine der wichtigsten Säuren im Haushalt ist die Essigsäure. Wozu wird sie verwendet? C/20081220-113831S Säuren und Basen1.doc IS/20.12.08 28 2. Indikatoren 2. Indikatoren In Norddeutschland wird gerne Rotkohl gegessen, in Süddeutschland bevorzugt man dagegen Blaukraut. Doch es handelt sich um das gleiche Gemüse. Im Norden kocht man es allerdings meistens mit Essig oder sauen Äpfeln. Dadurch wird es rot. Diese Farbveränderung von Rotkohl und Rotkohlsaft bei Säurezugabe kann zum Nachweis von Säuren verwendet werden. Stoffe, die solche Eigenschafen haben, nennt man Indikatoren (Säureanzeiger). Herstellung eines Indikators Zerkleinere einige Blätter eines Rotkohlkopfes erst mit dem Messer und dann mit dem Mörser Gib Wasser hinzu und erhitze das Gemisch Lass den Sud erkalten und filtriere den Saft in eine Glasflasche Mit einer Pipette kannst du den selbst gemachten Indikator leichter handhaben. C/20081220-113831S Säuren und Basen1.doc IS/20.12.08 29 3. Salzsäure 3. Salzsäure konzentriert 37% HCl ätzend farblose, rauchende Flüssigkeit Salzsäure ist eine der wichtigsten Säuren im Labor und in der chemischen Industrie. Man verwendet sie zum Beispiel, um störende Oxidschichen von Metalloberflächen zu entfernen. In unserem Magen ist Salzsäure zu 0.3% enthalten. Die Salzsäure fördert die Verdauung der Nahrung und hemmt das Bakterienwachstum. Der Name Salzsäure („Säure aus Salz) geht auf eine alte Herstellungsweise zurück. Aus Kochsalz und Schwefelsäure lässt sich ein Gas gewinnen, das zusammen mit Wasser Salzsäure bildet. Eigenschaften: Die handelsübliche, 37%-ige Lösung von Chlorwasserstoff in Wasser riecht stark stechend. Das Einatmen der Dämpfe führt zu Lungenentzündung, und die Zähne werden angegriffen. Auf der Haut ruft die konzentrierte Salzsäure Rötung, Blasen und brennende Schmerzen hervor. Beim Trinken entstehen schmerzhafte Verätzungen im Rachen, Speiseröhre und Magen, was tödlich wirken kann. Das Einnehmen von viel Milch und Magnesiumoxid neutralisiert die Säure im Magen, auf der Haut muss mit viel Wasser und später mit verdünnter Natriumcarbonatlösung (Soda) gespült werden. Herstellung im Labor Schwefelsäure Um Salzsäure im Labor zu gewinnen, lässt man in einem Gasentwickleretwas konzentrierte Schwefelsäure auf Kochsalz tropfen. Durch die Reaktion von Schwefelsäure mit Kochsalz entsteht ein farbloses Gas. Es heisst Chlorwasserstoff HCL. Chlorwasserstoff Man leitet das Gas in Wasser, dem man etwas Universalindikator zugesetzt hat. Anschliessend beobachtet man eine Rotfärbung des Indikators und eine Zunahme der elektrischen Leitfähigkeit. Kochsalz C/20081220-113831S Säuren und Basen1.doc Wasser mit Indikator IS/20.12.08 30 3. Salzsäure Die Lösung muss ausserdem Ionen enthalten, das zeigt die Zunahme der elektrischen Leitfähigkeit. Diese Beobachtungen lassen sich nur mit einer Reaktion des Chlorwasserstoff-Gases mit Wasser erklären: Der Chlorwasserstoff wird dann in Wasser gelöst. Dabei wirkt der Chlorwasserstoff als Säure und gibt ein Proton an das Wassermolekül ab: Die Formel zur Herstellung von Salzsäure durch die Umsetzung von Natriumchlorid (Kochsalz) und Schwefelsäure: Natriumchlorid Schwefelsäure --- Chlorwasserstoff Natriumhydrogensulfat --- HCl NaHSO4 NaCl H2SO4 HCL kann also einerseits Salzsäure sein, andererseits auch Chlorwasserstoff-Gas. Dieses ist ebenfalls giftig und ätzend. 4. Können Säuren in Metallbehältern aufbewahrt werden? Citronensäure Essigsäure Salzsäure Magnesium reagiert nicht reagiert nicht reagiert nicht Zink reagiert nicht reagiert nicht reagiert nicht Eisen reagiert nicht reagiert nicht reagiert nicht Kupfer reagiert nicht reagiert nicht reagiert nicht Silber reagiert nicht reagiert nicht reagiert nicht C/20081220-113831S Säuren und Basen1.doc IS/20.12.08 3. Salzsäure 31 Beobachtung: Was kann man aus diesen Versuchen über die Zusammensetzung von Säuren folgern? Steckbrief: C/20081220-113831S Säuren und Basen1.doc IS/20.12.08 32 4. Ammoniak Nenne Stoffe, die wie Laugen den Indikator blau färben! Lauge Base Im alltäglichen Sprachgebrauch meint man mit einer Lauge eine Flüssigkeit, die sauer schmeckt oder ätzend wirkt, bzw. andere Stoffe angreift. Vermischt man Abfluss Frei mit Wasser, erhält man eine Lauge, die Rohrverstopfungen aufzulösen vermag. Doch diese Wirkung trifft auch auf viele Säuren zu. Eine genaue Unterscheidung ist nur mit Hilfe der Fachsprache möglich, dann spricht der Chemiker aber von einer Base. Doch zunächst soll der alltägliche Begriff der Lauge näher erläutert werden: Laugen finden vor allem als Reinigungs- und Waschmittel Verwendung. Abfluss-Frei enthält Natriumhydroxid, welches beim Lösen in Wasser konzentrierte Natronlauge bildet. Seifen und Waschpulver bilden ebenfalls eine Lauge, wenn sie mit Wasser vermischt werden. Der Bäcker bestreicht die Brezel mit Brezellauge (Natronlauge), bevor er sie bäckt. Die Lauge reagiert beim Backen mit C/20081220-113831S Säuren und Basen1.doc IS/20.12.08 33 4. Ammoniak Kohlenstoffdioxid und wird zersetzt, der typische Laugengeschmack bleibt jedoch zurück. Salmiakgeist (Ammoniaklösung) ist ein in der Drogerie erhältliches Fensterputzmittel. Die ätzende Wirkung von konzentrierten Laugen ist noch stärker als die von Säuren. Deshalb können die Beläge alter Schränke mit Laugen abgelaugt werden. Die wässrigen Lösungen von Laugen fühlen sich seifig an. Sie wirken alkalisch und färben Universalindikatorlösung blau. Der Basenbegriff in der chemischen Fachsprache Ein Chemiker versteht unter einer Base ein Stoffmerkmal, das die Aufnahme von Protonen kennzeichnet. Der chemische Basenbegriff meint nicht die Lauge aus dem Alltagsgebrauch, sondern die Funktion, die ein Stoff als Base ausüben kann. Diese Definition stammt von Johannes Brönsted (1879-1947): Natronlauge konzentriert 32% NaOH aq. ätzend Kunststoffstopfen verwenden! farblose Lösung Eigenschaften: Konzentrierte Natronlauge ist eine sehr starke Lauge, die Haut und Augen verätzt. Steht sie längere Zeit an der Luft, nimmt sie Kohlenstoffdioxid aus der Luft auf und wandelt sich allmählich in Sodalösung um: 2 NaOH CO2 ----- Na2CO3 H2O Mit Salzsäure bildet sich in einer Neutralisationsreaktion Natriumchlorid (Kochsalz) und Wasser. Verwendung (wie Natriumhydroxid): Zur Seifenherstellung; als Reinigungsmittel: Abfluss frei enthält Natriumhydroxid, welches mit Wasser Natronlauge bildet, zur Reinigung von Erdöl- und Fettrückständen; zur Herstellung von Natriumverbindungen; bei der Aluminiumerzeugung zum Aufschluss von Bauxit; bei der Papiererzeugung zum Aufschluss von Holz- und Strohfasern, als Brezellauge (4%-ige Natronlauge); zum Abbeizen von Holz; bei der Küpenfärbung mit Indigo. C/20081220-113831S Säuren und Basen1.doc IS/20.12.08 34 4. Ammoniak Ammoniaklösung 25% (Salmiakgeist) NH3 aq. ätzend umweltgefährlich (bis 10% reizend) farblose Flüssigkeit Vorkommen: Bei Fäulnis stickstoffhaltiger organischer Substanzen Eigenschaften: Die wässrige Lösung von Ammoniakgas riecht stechend nach Ammoniak und reizt Schleimhäute und Augen. Lässt man die Lösung längere Zeit an der Luft offen stehen, entweicht allmählich das gesamte Ammoniakgas. In höherer Konzentration kann eingeatmetes Ammoniak tödlich wirken. Dasselbe gilt auch für die Aufnahme von 3-5ml Ammoniaklösung in den Magen. Die wässrige Ammoniaklösung ist eine Lauge und wirkt in höheren Konzentration stark ätzend. Mit Säuren bilden sich Ammoniumsalze. Hält man eine offene Flasche mit konzentrierter Salzsäure an eine offene Flasche mit konzentrierter Ammoniaklösung, bilden sich weiße Dämpfe von Ammoniumchlorid: NH3 HCl ----- NH4Cl C/20081220-113831S Säuren und Basen1.doc IS/20.12.08 4. Ammoniak 35 Verwendung: Im Labor als Lauge; zum Bleichen; bei Färbeprozessen; bei Architekten als Entwickler für das Lichtpausverfahren (weitere technische Verwendungen siehe Ammoniak). In den Drogerien ist eine etwa 10%ige Lösung erhältlich, die zum Fensterputzen dient. Rettungssanitäter benützen zum Aufwecken aus einer Ohnmacht Riechstäbchen mit einer verdünnten Ammoniaklösung: C/20081220-113831S Säuren und Basen1.doc IS/20.12.08