Wie funktioniert die Neutralisation?
Diese Beschreibung beschreibt Säure-Base-Reaktionen in Wasser. (In anderen Lösungsmitteln funktioniert es etwas anders, aber darüber braucht man sich erst im fortgeschrittenen Chemiestudium Gedanken zu machen). Eine Säure ist ein Elektrolyt (stark oder schwach), der H+-Ionen produziert, wenn er sich in Wasser auflöst. Wasserstoffionen werden auch Protonen genannt, weil ein Wasserstoffkern nur ein Proton ist (es sei denn, es handelt sich um ein schwereres Isotop, aber das ist selten). Säuren werden manchmal als „Protonendonatoren“ bezeichnet, d. h. sie geben Protonen ab, aber das ist kein gutes Wort, denn die Protonen werden vom Lösungsmittel weggezogen und nicht vom gelösten Stoff abgegeben. Beispiele für starke Säuren sind HCl und H2SO4, die als Salzsäure und Schwefelsäure bezeichnet werden. Bei Schwefelsäure sind jedoch zwei Protonen an das Sulfat-Ion gebunden, und nur eines wird vollständig abgezogen (genau wie bei den hier besprochenen schwachen Elektrolyten), so dass eine Lösung von Schwefelsäure Wasserstoff-Ionen, Bisulfat-Ionen und Sulfat-Ionen enthält. Genau wie bei Ausfällungsreaktionen können sich bei Zugabe einer Base beide Protonen vollständig abspalten und mit der Base reagieren. Säuren werden als monoprotisch, diprotisch usw. bezeichnet, je nachdem, wie viele saure Protonen sie haben. HCl, Essigsäure (Essig, CH3COOH) und Salpetersäure (HNO3) sind einprotonige Säuren. (Essigsäure hat weitere Protonen, aber nur das letzte ist sauer.) Schwefelsäure und viele andere sind diprotische Säuren.
Eine Base ist ein Elektrolyt (stark oder schwach), der Hydroxidionen produziert, wenn er in Wasser gelöst wird. Das kann daran liegen, dass es sich um ein Hydroxid-Salz wie NaOH handelt, oder daran, dass es dem Wasser Wasserstoffionen entzieht und dabei Hydroxid zurücklässt. Ein gutes Beispiel hierfür ist Ammoniak, NH3, das manchmal in Reinigungsmitteln verwendet wird. Ammoniak reagiert mit Wasser zu Ammoniumhydroxid (aber nur zu einem kleinen Teil, ~1% des Ammoniaks reagiert):
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Im Allgemeinen reagieren Basen mit Wasserstoff-Ionen. So kommt es zur Neutralisation. Die Säure produziert Wasserstoffionen und die Base Hydroxidionen. Diese reagieren miteinander und bilden Wasser. Das von der Säure stammende Anion und das Kation bleiben übrig. Wenn man das Wasser verdampft, erhält man ein Salz. Die allgemeine Reaktion sieht wie folgt aus:
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Gesamt ist die Reaktion:
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Die Wasserstoffionen, die Säuren sauer machen, werden also verbraucht, und das Hydroxid, das Basen basisch macht, wird ebenfalls verbraucht, und wenn die Mole von Säure und Base gleich sind, bleiben nur neutrales Wasser und ein Salz übrig. (Bei schwachen Säuren oder Basen ist es etwas komplizierter. Die Lösung wird nur dann wirklich neutral, wenn die Mole gleich sind, wenn beide stark sind)