Der pH-Wert und Säuren

Der pH-Wert

• Der pH-Wert misst die Stärke der sauren oder alkalischen Wirkung einer Substanz.
• Er wird auf einer logarithmischen Skala gemessen, basierend auf der Fähigkeit des Wasserstoffs.
• Lösungen mit einem pH-Wert unter 7 sind sauer, bei etwa 7 neutral und über 7 alkalisch.
• Eine Säure mit pH 2 ist zehnmal saurer als eine mit pH 3 und hundertmal saurer als eine mit pH 4.
• Der pH-Wert kann mit Messgeräten oder Indikatorpapier bestimmt werden.

Definition und Beispiele für Säuren

• Säuren sind ätzende Stoffe mit saurem Geschmack, die andere Stoffe angreifen können.
• Beispiele für Säuren im Alltag sind Zitronensäure, Essigsäure, Weinsäure, Ascorbinsäure (Vitamin C) und Kohlensäure im Mineralwasser.
• In Lebensmitteln verbessern Säuren den Geschmack und verlängern die Haltbarkeit.
• Zum Nachweis von Säuren werden Indikatoren wie Phenolphthalein, Lackmuslösung, Universalindikator oder Rotkohlsaft verwendet.
• Indikatoren ändern in Gegenwart von Säuren ihre Farbe, was zur Identifizierung von Säuren dient. Die Zugabe von Indikatoren zeigt den sauren Charakter durch Farbumschläge an.

Experimente mit Säuren

Untersuchung von Mineralwasser

• Kohlensäure im Mineralwasser wird nachgewiesen.
• Ein Indikator zeigt einen pH-Wert von 5 bis 6, was auf die sauren Eigenschaften hinweist.
• Beim Erhitzen zerfällt Kohlensäure; Kohlenstoffdioxid entweicht, und das Wasser wird neutral.
• Die Reaktion mit Kalkwasser weist das Kohlenstoffdioxid nach, erkennbar an einem weißen Niederschlag.
• Beim Öffnen einer Mineralwasserflasche entweicht nur Kohlenstoffdioxid, da Kohlensäure nur in wässrigen Lösungen existiert.

Springbrunnenversuch

• Der Versuch demonstriert die hohe Wasserlöslichkeit von Chlorwasserstoffgas.
• Das Gas löst sich vollständig in einem Rundkolben, wodurch ein Unterdruck entsteht.
• Wasser wird durch den Luftdruck sprudelnd in den Kolben getrieben.
• Zu Beginn steigt das Wasser langsam, da sich das Gas nur über eine kleine Oberfläche löst.
• Nach dem Austritt vergrößert sich die Kontaktfläche, und das restliche Gas löst sich schnell auf.
• Ein Universalindikator färbt sich rot, was auf die Bildung einer sauren Lösung hinweist.

Eigenschaften von Säuren

• Viele Säuren, wie Schwefelsäure, Salzsäure und Salpetersäure, sind stark ätzend und gesundheitsschädlich.
• Säuren verändern die Farbe von Indikatoren.
• Säuren lösen Kalk unter Bildung von Kohlenstoffdioxid, Wasser und einem Salz.
• Starke Säuren reagieren mit unedlen Metallen und bilden Wasserstoff.
• Säurelösungen leiten elektrischen Strom durch geladene Teilchen (Wasserstoff- und Säurerest-Ionen).
• Bei der Elektrolyse entsteht Wasserstoff am Minuspol.
• Säuren sind Protonenspender (Brønsted-Definition) und geben Wasserstoff-Ionen ab.

Herstellung von Schwefelsäure: Kontaktverfahren

• Industriell wird Schwefelsäure durch das Kontaktverfahren hergestellt:
• Schwefel wird zu Schwefeldioxid verbrannt (S + O₂ → SO₂).
• Schwefeldioxid reagiert mit Sauerstoff zu Schwefeltrioxid (2SO₂ + O₂ → 2SO₃) mithilfe eines Katalysators.
• Schwefeltrioxid reagiert mit Wasser zu Schwefelsäure (SO₃ + H₂O → H₂SO₄).
• Chemische Katalysatoren beschleunigen die Reaktionen, ohne im Endprodukt enthalten zu sein.

Eigenschaften und Verwendung von Schwefelsäure

• Schwefelsäure (H₂SO₄) ist eine farblose, geruchlose, ölige Flüssigkeit mit einer Dichte von 1,84 g/cm³ und einem Siedepunkt von 338 °C.
• Sie ist stark sauer, wasserbindend und vielseitig einsetzbar.
• Verwendungen umfassen die Herstellung von Düngemitteln, Waschmitteln, Autobatterien, die Aufarbeitung von Metallerzen und die Herstellung anderer Säuren.
• Sie dient als Trockenmittel und technischer Hilfsstoff in der Lebensmittelindustrie zur Herstellung von modifizierter Stärke, Casein und zur Trinkwasseraufbereitung.
• Schwefelsäure fließt dabei nicht ins Endprodukt ein oder ist nur in geringen, gesundheitlich unbedenklichen Mengen vorhanden.

Verkohlung von Zucker

• Konzentrierte Schwefelsäure entzieht Zucker Wasserstoff und Sauerstoff im Verhältnis 2:1, sodass Kohlenstoff übrig bleibt.
• Bei dieser Reaktion entstehen Rauch und Hitze, und der Kohlenstoff wächst aus dem Becherglas heraus.

Unfallgefahr

• Konzentrierte Schwefelsäure ist hochgefährlich und verursacht schmerzhafte Verätzungen sowie schlecht heilende Verbrennungen.
• Die Vielseitigkeit und Bedeutung der Säuren in Industrie, Alltag und Experimenten ist bemerkenswert.