Physik und Chemie Klasse 8: pH-Wert, Säure-Base-Reaktionen und Fällung
Physik und Chemie, Klasse 8 (Portugal): Woran man erkennt, ob eine Lösung sauer, neutral oder basisch ist, was mit dem pH-Wert geschieht, wenn Säure auf Base trifft, und wie gelöste Ionen ein festes Salz bilden.
Die pH-Skala
Der pH-Wert gibt den chemischen Charakter einer wässrigen Lösung an. Auf der üblichen Skala von 0 bis 14 (bei 25 °C) gilt: unter 7 sauer, 7 neutral, über 7 basisch. Man bestimmt ihn mit Indikatoren, etwa Universalindikator, die je nach pH die Farbe wechseln, und genauer mit einem pH-Messgerät. Ungefähre Werte: Zitronensaft etwa 2, reines Wasser 7, Natron-Lösung etwa 8, Haushaltsbleiche über 11.
Zwei Arten, wie Lösungen reagieren
Beim Mischen von Lösungen können sich ihre Ionen treffen und reagieren. Bei einer Säure-Base-Reaktion reagieren Säure und Base und der pH-Wert nähert sich 7: Deshalb lindert ein Antazidum Sodbrennen und wird Kalk auf zu sauren Boden gestreut. Bei einer Fällungsreaktion bilden Ionen aus zwei Lösungen ein in Wasser schwer lösliches Salz, das als Feststoff erscheint, der Niederschlag. So entstehen Tropfsteine, Muscheln und Korallen aus Calciumcarbonat.
Den pH vorhersagen und die Gleichungen schreiben
Mische 50 mL Salzsäure mit 50 mL Natronlauge gleicher Konzentration: HCl(aq) + NaOH(aq) → NaCl(aq) + H₂O(l). Säure + Base ergibt Salz + Wasser. Bei gleichen Stoffmengen liegt der pH nahe 7; bei doppelt so viel Säure bleibt Säure übrig und der pH liegt unter 7. Fällung: CaCl₂(aq) + Na₂CO₃(aq) → CaCO₃(s) + 2 NaCl(aq). Das (s) ist der weiße, schwer lösliche Niederschlag; NaCl bleibt gelöst. Die Atome stimmen: 1 Ca, 2 Cl, 2 Na, 1 C, 3 O.
Säure plus Base ergibt nicht immer pH 7
„Mische ich Säure mit Base, wird es neutral“: nur, wenn die Mengen passen. Die Reaktion verbraucht Säure und Base im Verhältnis der Gleichung; bleibt Säure übrig, ist die Endlösung sauer, bleibt Base übrig, ist sie basisch. Um den pH vorherzusagen, vergleiche daher die Mengen. Ein weiterer Irrtum: „Säure ist gefährlich, Base harmlos.“ Auch eine starke Base wie Ätznatron (Natriumhydroxid) reizt und verätzt.
Hartes Wasser, Kalk und Antazida
Wasser ist hart, wenn es viele gelöste Calcium- und Magnesiumionen enthält. Zu Hause hinterlässt es Kalk in Wasserkochern und Rohren, weil das schwer lösliche Calciumcarbonat ausfällt; in der Industrie verstopft es Kessel und Leitungen. Man behandelt es mit Enthärtern, die diese Ionen austauschen, und Kalk entfernt man mit Essig. Wie hart das Wasser in deiner Region ist, findest du im Bericht des örtlichen Wasserversorgers.
Teste, was du gelernt hast
Eine wässrige Lösung hat bei 25 °C den pH-Wert 9. Welchen chemischen Charakter hat sie?
- a) Sauer, weil 9 eine hohe Zahl ist
- b) Neutral
- c) Basisch
Richtige Antwort: c) Basisch — Richtig: über 7 ist sie basisch. Natron in Wasser ist ein bekanntes Beispiel.
Lösungen von Calciumchlorid und Natriumcarbonat werden gemischt und ein weißer Feststoff entsteht. Welcher Stoff ist das?
- a) Natriumchlorid, NaCl, das bekannte Kochsalz
- b) Calciumcarbonat, CaCO₃, ein in Wasser schwer lösliches Salz
- c) Calciumchlorid, CaCl₂, das sich nicht gelöst hat
- d) Es bildet sich kein Feststoff: Die Ionen mischen sich nur
Richtige Antwort: b) Calciumcarbonat, CaCO₃, ein in Wasser schwer lösliches Salz — Richtig: Ca²⁺ und CO₃²⁻ treffen sich und bilden CaCO₃(s), den Niederschlag.
Ein Schüler mischt eine saure mit einer basischen Lösung. Welche Aussage über den End-pH ist richtig?
- a) Er beträgt immer genau 7
- b) Er ist der Mittelwert der beiden Anfangs-pH-Werte
- c) Er ist immer basisch, weil die Base über die Säure „siegt“
- d) Es hängt von den Mengen ab: Säurerest gibt pH unter 7, Basenrest über 7, gleiche Mengen etwa 7
Richtige Antwort: d) Es hängt von den Mengen ab: Säurerest gibt pH unter 7, Basenrest über 7, gleiche Mengen etwa 7 — Richtig: Um den pH vorherzusagen, vergleiche die Mengen und sieh, welcher Stoff übrig bleibt.
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