Allgemeine und Anorganische Chemie/ Säuren

Säuren

Allgemeines

Säuren sind eine der wichtigsten Stoffklassen der Chemie. Wenn nichts anderes angegeben ist, ist immer die Definition nach Brönstedt gemeint. Falls die Definition nach Lewis zur Anwendung kommt, wird extra darauf hingewiesen!

Klassifizierung der Säuren

Man unterteilt Säuren nach verschiedenen Gesichtspunkten:

Nach dem Vorkommen:

• Anorganische Säuren
• Organische Säuren

Nach der Elektrischen Ladung

• Neutralsäuren
• Anionensäuren
• Kationensäuren

Neutralsäuren entsprechen den Säuren nach Arrhenius. Nach Brönstedt sind die Anionensäuren, oft auch als "Säurereste" bezeichnet, die zu den Neutralsäuren konjugierten Basen.

Nach der Anzahl der Wasserstoffatome, die als Protonen abgegeben werden können:

• 1-Protonische Säuren
• 2-Protonische Säuren
• 3-Protonische Säuren

Nach der Säurestärke:

• Starke Säuren (Mineralsäuren)
• Mittelstarke Säuren
• Schwache Säuren

Diese Klassifizierungen können auch kombiniert werden, z. B.:

• Kohlensäure (H₂CO₃) ist eine schwache, 2-protonige Säure
• Blausäure (HCN) ist eine schwache, 1-protonige Säure
• Salzsäure (HCl) ist eine starke Säure
• Salpetersäure(HNO₃) ist eine starke Säure
• Schwefelsäure(H₂SO₄) ist eine starke Säure (2. Stufe mittelstark)
• Phosphorsäure(H₃PO₄) ist eine mittelstarke 3-protonige Säure (2. und 3. Stufe schwach)

Ursachen der Säurestärke

Säurestärke und Hauptgruppe

In einer Hauptgruppe nimmt die Säurestärke von oben nach unten ab, da auch die Elektronegativität in dieser Reihe abnimmt. So ist Borsäure eine Schwache Säure, die entsprechende Aluminium-Verbindung ist ein Ampholyt und die Elemente darunter bilden nur noch Basen.

Sauerstoffhaltige Säuren

Bildet ein Chemisches Element (Zumeist ein Nichtmetall) mehrere Sauerstoffhaltige Säuren, so sind die Sauerstoffsäuren mit weniger Sauerstoffatomen schwächer, so nimmt die Säurestärke in der Reihe Hyposalpetrige Säure - Salpetrige Säure - Salpetersäure zu. Ähnlich ist es bei Chlor, Brom, Iod, Phosphor und Schwefel.

Organische Säuren (Carbonsäuren) in Wasser

wichtige organische Säuren (Carbonsäuren):

• Ameisensäure (H-COOH)
• Essigsäure (CH₃-COOH)
• Stearinsäure (C₁₇H₃₅-COOH)

Die Stearinsäure spielt eigentlich eine untergeordnete Rolle, sie soll nur stellvertretend für eine Fettsäure genannt werden.

Carbonsäuren sind organische Oxidationsprodukte von Aldehyde, die eine funktionelle Gruppe besitzen. Die Carbonylhydroxylgruppe (COOH), kurz Carboxylgruppe genannt, ist maßgeblich für das Reaktionsverhalten der Carbonsäuren entscheidend. Stellvertretend für alle anderen Carbonsäuren soll hier die Essigsäure in Wasser betrachtet werden:

$\mathrm {CH_{3}-COOH\quad +\ H_{2}O\quad \rightleftharpoons \quad H_{3}O^{+}\quad +\quad CH_{3}-COO^{-}}$

Man sieht, dass bei den Carbonsäuren nur die Carboxylgruppe (-COOH) Protonen abgeben kann. Daher sind die Carbonsäuren keine mehrprotonigen Säuren, obwohl sie mehrere Wasserstoffatome zur Verfügung haben.

Lösung von Säuren in anderen Flüssigkeiten

Bisher wurde die Säuren nur in Wasser betrachtet, was auch das übliche ist.

Um zu prüfen, ob die Eigenschaften der Säure auch in anderen Flüssigkeiten zu Tage treten, leiten wir den Chlorwasserstoff diesesmal in n-Hexan (Ein Bestandteil des Benzins) ein. Wir prüfen dann den pH-Wert und die elektrische Leitfähigkeit: Negativ!

Fazit: Offensichtlich kann der Chlorwasserstoff im n-Hexan kein Proton abgeben. Dies ist auf die fast unpolaren Bindungen des Hexans zurückzuführen, die den Chlorwasserstoff nicht spalten können.