Ein Versuch mit Chlorwasserstoff 

Dieser Versuch darf nur als Lehrerversuch im Abzug durchgeführt werden, wegen der enormen Gefährlichkeit der konz. Schwefelsäure sowie des entstehenden Chlorwasserstoffs.

Wir können im Wesentlichen zweierlei beobachten:

Erstens kommt es im Erlenmeyerkolben zu einer heftigen Reaktion, es entstehen weißliche Nebel, die zudem auch noch stechend riechen und sicherlich nicht ungefährlich sind.

Zweitens bilden sich Schlieren in dem Wasser, das sich im Becherglas befindet. Das Wasser verändert aber nicht seine Farbe. Das heißt, es löst sich irgend ein farbloser gasförmiger Stoff in dem Wasser.

Drittens sinkt der pH-Wert in dem Wasser beträchtlich, von pH 7 auf pH 2 oder sogar noch tiefer. Dies zeigt uns der Universalindikator.

Viertens kann man nach dem Versuch Chlorid-Ionen in dem Wasser nachweisen, das zeigt uns der weiße Niederschlag, den wir mit zugefügtem Silbernitrat erhalten.

Fünftens ist das Wasser nach dem Versuch elektrisch leitfähig, während vorher die Leitfähigkeit fast gleich Null war.

All diese Beobachtungen sprechen dafür, dass sich in dem Becherglas eine saure Lösung gebildet hat. Geschmacksproben dürfen wir im Chemieunterricht ja nicht nehmen, aber - jede Wette - der Inhalt des Becherglas schmeckt nach dem Versuch stark sauer. Auch der Universalindikator ist nicht deswegen rot geworden, weil er sich schämt, sondern weil er eine Säure anzeigt. Die elektrische Leitfähigkeit zeigt uns an, dass die Lösung nach dem Versuch Ionen enthält, und die Reaktion mit Silbernitratlösung zeigt, dass es sich bei einem Teil dieser Ionen um Chlorid-, Bromid- oder Iodid-Ionen handeln muss, denn mit anderen Ionen bildet Silbernitrat keinen Niederschlag. Da wir Chlorwasserstoff in das Wasser eingeleitet haben, ist die Bildung von Bromid- oder Iodid-Ionen recht unwahrscheinlich, also werden sich wohl Chlorid-Ionen gebildet haben.

All diese Beobachtungen und Schlussfolgerungen lassen sich gut mit den folgenden Reaktionsgleichungen erklären:

Hier sehen wir die Reaktionsgleichung für die Bildung des gasförmigen Chlorwasserstoffs HCl. Als Nebenprodukt tritt festes Natriumsulfat auf.

Und hier sehen wir die wichtigste Reaktionsgleichung, nämlich die Dissoziation des Chlorwasserstoffs. Unter "Dissoziation" verstehen wir den Zerfall eines Moleküls in zwei kleinere Teilchen; hier in zwei entgegengesetzt geladene Ionen. Aufgrund der elektrischen Ladungen versammeln diese beiden Ionen sofort eine ganze Hülle von Wassermolekülen um sich; es bildet sich die so genannte Hydrathülle, was durch das Symbol (aq) in der Reaktionsgleichung verdeutlicht wird. Aber wem erzähle ich das; wer es bis hierhin geschafft hat, sollte das eigentlich wissen.

Oxonium-Ionen

Das HCl-Molekül ist recht stabil. Ein HCl-Molekül würde nie im Leben spontan in ein Proton und ein Chlorid-Ion zerfallen, es sei denn, man führt sehr viel Energie zu, zum Beispiel in Form von Wärme (thermische Energie) oder extrem energiereichem UV-Licht. In Anwesenheit von Wasser-Molekülen sieht die Sache jedoch völlig anders aus:

Bekanntlich hat das Wasser-Molekül am O-Atom zwei Kugelwolken, die mit je zwei Elektronen besetzt sind. Man spricht auch gern von "freien Elektronenpaaren".

Ein Proton kann dagegen formal als ein Teilchen betrachtet werden, das eine leere Kugelwolke besitzt. Das H-Atom besteht aus einem Proton, das von einer einfach besetzten Kugelwolke umgeben ist. Wird nun das einzige Elektron aus dieser Kugelwolke entfernt, so bleibt ein nacktes Proton übrig, das - wenn man es so sehen will - eine leere Kugelwolke besitzt.

Nach der Edelgasregel sind alle Teilchen (Atome, Ionen, Moleküle, Radikale) bestrebt, alle Kugelwolken (bzw. Orbitale) mit zwei Elektronen zu besetzen. Das Proton "benötigt" also noch genau zwei Elektronen. Das O-Atom des Wasser-Moleküls bietet nun genau zwei solcher Elektronen in Form der freien Elektronenpaare an.

Hier sehen wir ein Oxonium-Ion, wie es entsteht, wenn sich ein Proton in eine der beiden doppelt besetzten Kugelwolken des O-Atoms hineinsetzt.

Säuren und saure Lösungen

Man muss streng zwischen Säuren und sauren Lösungen unterscheiden. Der Begriff der Säure kann ganz einfach definiert werden:

Das ist doch wohl mal eine einfach zu merkende Definition. Aber was heißt das, "Säuren sind Protonendonatoren"?

Der Chlorwasserstoff ist eine solche Säure. Das HCl-Molekül ist in der Lage, ein Proton abzugeben oder zu "spenden" (lat. donare). Allerdings nur dann, wenn Teilchen anwesend sind, die in der Lage sind, Protonen aufzunehmen. Damit wären wir gleich bei der nächsten Definition:

Betrachten wir die Reaktion

noch einmal näher. Das HCl-Molekül tritt hier als Protonendonator auf, das H₂O-Molekül als Protonenakzeptor. HCl ist also eine Säure, H₂O eine Base.

Auch bei dieser Reaktion ist HCl die Säure, die Rolle der Base wird diesmal aber nicht von Wasser eingenommen, sondern von Ammoniak NH₃. Das Ammoniak-Molekül nimmt das Proton auf, das vom HCl-Molekül abgespalten wurde.

Damit hätten wir (vorläufig) zwei wichtige Grundbegriffe geklärt, nämlich Säure und Base. Was aber ist nun eine saure Lösung?

Löst man die Säure Chlorwasserstoff HCl(g) in Wasser, so erhält man die bekannte Salzsäure HCl(aq). Salzsäure ist also eigentlich keine Säure, sondern eine saure Lösung. Korrekterweise müsste man von Chlorwasserstoff-Lösung sprechen. Die reine Essigsäure ist ebenfalls eine Säure, sobald sie aber mit Wasser vermischt ist, handelt es sich um eine saure Lösung.

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