Säure und Base einfach erklärt

Eine Säure gibt Protonen ab, eine Base nimmt sie auf. Hier lernst du, wie du Säuren und Basen erkennst, was der pH-Wert misst, wie du ihn ausrechnest und was der pKs-Wert über die Stärke einer Säure sagt.

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3. Sek - 2. Jahr Gymnasium
Zyklus 3, Gymnasium
Lehrplan 21: NT.3.2.e

Zwei Jugendliche mit Schutzbrillen betrachten im Chemiezimmer eine Reihe Bechergläser, deren Flüssigkeiten von Rot über Grün bis Violett leuchten.

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Das musst du wissen

Erklärung

Eine Säure gibt ein ( $H^{+}$ ) ab, eine Base nimmt eines auf. Der pH-Wert zeigt, wie sauer eine Lösung ist: unter 7 sauer, 7 neutral, über 7 basisch. Am Schluss erkennst du Säure und Base in einer Reaktion und rechnest den pH-Wert aus.

Woran du saure und basische Lösungen erkennst

Saure Lösungen schmecken sauer, etwa Zitronensaft oder Essig. Basische Lösungen fühlen sich seifig an. Eine basische Lösung in Wasser heisst Lauge.

Im Labor probierst und berührst du nie etwas. Konzentrierte Säuren und Laugen ätzen Haut und Augen.

Indikatoren zeigen es mit Farbe

Ein Indikator ist ein Farbstoff, der je nach Lösung seine Farbe wechselt.

Universalindikator: sauer rot, neutral grün, basisch blau.
Lackmus: sauer rot, basisch blau.
Phenolphthalein: farblos, basisch pink.
Rotkohlsaft: sauer rot, neutral violett, basisch blau bis grün.

MerkeLackmus: rot heisst sauer, blau heisst basisch.

Säure und Base nach Brønsted

Chemisch geht es um ein Teilchen: das Proton $H^{+}$ . Die Säure gibt es ab, die Base nimmt es auf. Diese Reaktion heisst Protolyse.

Chlorwasserstoff gibt sein Proton an Wasser ab. Wasser ist hier die Base. Es entsteht das Oxonium-Ion $H_{3} O^{+}$ , das die Lösung sauer macht:

HCl + H_{2} O \to H_{3} O^{+} + C l^{-}

MerkeSäure gibt ein Proton ab, Base nimmt ein Proton auf. Ohne Base gibt keine Säure ihr Proton ab.

Wasser kann auch Säure sein

Ammoniak nimmt ein Proton von Wasser auf. Jetzt ist Wasser die Säure. Es entsteht das Hydroxid-Ion $O H^{-}$ , das die Lösung basisch macht:

N H_{3} + H_{2} O ⇌ N H_{4}^{+} + O H^{-}

Wasser reagiert also mit Chlorwasserstoff als Base und mit Ammoniak als Säure. Ein Teilchen, das beides kann, heisst Ampholyt.

Säure-Base-Paare

Hat eine Säure ihr Proton abgegeben, kann der Rest wieder eines aufnehmen. Er ist also eine Base.

Säure und Base, die sich nur um ein Proton unterscheiden, bilden ein Säure-Base-Paar. Die Base im Paar heisst korrespondierende Base der Säure, die Säure korrespondierende Säure der Base.

Man schreibt die Säure zuerst: $HCl/C l^{-}$ , $H_{3} O^{+} / H_{2} O$ , $N H_{4}^{+} /N H_{3}$ , $H_{2} O/O H^{-}$ .

MerkeSäure minus Proton gibt ihre Base. Base plus Proton gibt ihre Säure.

Der pH-Wert

Bei 25 °C gilt: unter 7 sauer, genau 7 neutral, über 7 basisch. Magensaft hat etwa pH 1 bis 2, Seifenlauge etwa 10.

Der pH-Wert kommt aus der der Oxonium-Ionen in mol/l, also wie viel davon in einem Liter gelöst ist:

pH = - l g c (H_{3} O^{+})

lg fragt: Welche Hochzahl hat die 10? pH ist sie ohne Minus. Bei $1 0^{- 3} mol/l$ ist der pH-Wert also 3.

MerkeEin pH-Schritt bedeutet Faktor 10. Je tiefer der pH-Wert, desto saurer.

Neutrales Wasser, Laugen und Neutralisation

Auch reines Wasser enthält wenige : $2 H_{2} O ⇌ H_{3} O^{+} + O H^{-}$ . Bei 25 °C sind es je $1 0^{- 7} mol/l$ , darum pH 7.

Für Laugen rechnest du mit dem pOH-Wert:

pOH = - l g c (O H^{-}), pH + pOH = 14

Säure und Lauge reagieren zusammen zu Wasser und einem , und etwa zu Wasser und Kochsalz. Das heisst . Der Kern ist die Reaktion der Oxonium- mit den Hydroxid-Ionen:

H_{3} O^{+} + O H^{-} \to 2 H_{2} O

Starke und schwache Säuren: der pKs-Wert

Eine starke Säure wie Salzsäure gibt fast jedes Proton ab, also gilt $pH = - l g c_{0}$ . Eine schwache Säure wie gibt nur wenige ab.

Die Stärke zeigt die Säurekonstante $K_{s}$ : Sie ist umso grösser, je mehr die Säure ihr Proton abgibt. Daraus kommt der pKs-Wert: $p K_{s} = - l g K_{s}$ .

Essigsäure hat 4.75, das Ammonium-Ion 9.25. Für schwache Säuren gilt die Näherung:

pH = \frac{1}{2} (p K_{s} - l g c_{0})

MerkeKleiner pKs-Wert, starke Säure. Grosser pKs-Wert, schwache Säure.

Säuren, Basen und pH-Wert: Übersicht mit Indikatoren zeigen es mit Farbe; Säure und Base nach Brønsted; Säure-Base-Paare; Der pH-Wert; Starke und schwache Säuren: der pKs-Wert. — Säuren, Basen und pH-Wert auf einen Blick: die wichtigsten Regeln.

Häufige Fehler

✕Eine Lösung mit pH 2 ist doppelt so sauer wie eine mit pH 4.
✓Jeder pH-Schritt ist Faktor 10. Bei pH 2 sind 10·10=100-mal so viele Oxonium-Ionen in der Lösung wie bei pH 4.
✕Base und Lauge sind dasselbe.
✓Eine Base ist ein Teilchen, das ein Proton aufnimmt, etwa $O H^{-}$ oder $N H_{3}$ . Eine Lauge ist eine basische Lösung in Wasser, etwa Natronlauge.
✕Je grösser der pKs-Wert, desto stärker die Säure.
✓Umgekehrt: Je kleiner der pKs-Wert, desto stärker die Säure. Essigsäure (4.75) ist stärker als das Ammonium-Ion (9.25).
✕In neutralem Wasser gibt es gar keine Ionen.
✓Neutral heisst: gleich viele Oxonium- wie Hydroxid-Ionen. Bei 25 °C sind es je $1 0^{- 7} mol/l$ .

Begriffe zum Nachschlagen

Säure: Teilchen, das ein Proton H⁺ abgibt (Protonendonator). In Wasser entstehen dabei Oxonium-Ionen, die Lösung wird sauer.
Base: Teilchen, das ein Proton H⁺ aufnimmt (Protonenakzeptor), zum Beispiel OH⁻ oder NH₃.
pH-Wert: Zahl, die sagt, wie sauer oder basisch eine Lösung ist: unter 7 sauer, 7 neutral, über 7 basisch. pH = −lg c(H₃O⁺).
Oxonium-Ion: Das Ion H₃O⁺. Es entsteht, wenn ein Wassermolekül ein Proton aufnimmt, und macht eine Lösung sauer.
Stoffmenge: Zählt Teilchen in Paketen, Einheit mol. 1 mol sind rund 6 · 10²³ Teilchen. Die Konzentration in mol/l sagt, wie viel Stoffmenge in einem Liter gelöst ist.
Indikator: Farbstoff, der je nach pH-Wert eine andere Farbe hat, zum Beispiel Lackmus oder Universalindikator.
Protolyse: Reaktion, bei der ein Proton von einer Säure auf eine Base übergeht.
Säure-Base-Paar: Eine Säure und die Base, die nach Abgabe ihres Protons übrig bleibt, zum Beispiel HCl und Cl⁻.
Ampholyt: Teilchen, das als Säure und als Base reagieren kann, zum Beispiel Wasser oder das Hydrogencarbonat-Ion.
pKs-Wert: Mass für die Stärke einer Säure. Je kleiner der pKs-Wert, desto stärker die Säure.

Noch unsicher? Zuerst lernen:Chemische Reaktion und Reaktionsgleichung Ionen und Ionenbindung

So geht's

Beispiele Schritt für Schritt

Beispiel 1Säure und Base in einer Reaktion finden

Ammoniak reagiert mit Wasser: $N H_{3} + H_{2} O ⇌ N H_{4}^{+} + O H^{-}$ . Welches Teilchen ist die Säure, welches die Base? Gib die beiden Säure-Base-Paare an.

Lösung Schritt für Schritt

Vergleiche links und rechts: Aus $H_{2} O$ wird $O H^{-}$ . Wasser verliert ein Proton, es ist die Säure.
Aus $N H_{3}$ wird $N H_{4}^{+}$ . Ammoniak nimmt das Proton auf, es ist die Base.
Je Säure und ihre Base bilden ein Paar, die Säure steht zuerst. $H_{2} O/O H^{-} und N H_{4}^{+} /N H_{3}$
Es entstehen Hydroxid-Ionen, darum ist die Lösung basisch.

Wasser ist die Säure, Ammoniak die Base. Paare: $H_{2} O/O H^{-}$ und $N H_{4}^{+} /N H_{3}$ .

Beispiel 2pH-Wert aus der Konzentration

Berechne den pH-Wert: a) Salzsäure mit $c (H_{3} O^{+}) = 0.001 mol/l$ , b) Natronlauge mit $c (O H^{-}) = 0.01 mol/l$ .

Lösung Schritt für Schritt

a) Schreib die Konzentration als Zehnerpotenz. $0.001 mol/l = 1 0^{- 3} mol/l$
Der pH-Wert ist die Hochzahl ohne Minus. $pH = - l g 1 0^{- 3} = 3$
b) Bei einer Lauge rechnest du zuerst den pOH-Wert aus. $pOH = - l g 1 0^{- 2} = 2$
Dann ziehst du ihn von 14 ab. $pH = 14 - 2 = 12$

a) pH 3, die Salzsäure ist sauer. b) pH 12, die Natronlauge ist basisch.

Beispiel 3Salzsäure verdünnen im Chemiezimmer

Eine Schülerin mit Schutzbrille füllt im Chemiezimmer einen Messkolben mit langem, schmalem Hals aus der Spritzflasche auf, ein Mitschüler mit Schutzbrille schaut zu.

Im Chemiezimmer einer Kantonsschule in Chur gibt eine Schülerin 10 ml Salzsäure mit pH 1 in einen Messkolben und füllt mit Wasser auf genau 1 l auf. Welchen pH-Wert hat die verdünnte Säure?

Lösung Schritt für Schritt

pH 1 heisst: Die Salzsäure enthält $1 0^{- 1} mol/l$ Oxonium-Ionen. $c_{1} = 0.1 mol/l$
Aus 10 ml werden 1000 ml. Das Volumen wird 100-mal grösser. $\frac{1000 ml}{10 ml} = 100$
Die Ionen verteilen sich auf das ganze Volumen, die Konzentration wird 100-mal kleiner. $c_{2} = \frac{0.1 mol/l}{100} = 0.001 mol/l = 1 0^{- 3} mol/l$
Daraus der pH-Wert. Faktor 100 sind genau zwei pH-Schritte. $pH = - l g 1 0^{- 3} = 3$

Die verdünnte Salzsäure hat pH 3. Sie ist immer noch sauer, enthält aber 100-mal weniger Oxonium-Ionen als vorher.

Beispiel 4Rotkohlsaft als Indikator in der Küche

Ein Mädchen steht in der Küche vor drei Gläsern mit rotem, violettem und grünem Saft, daneben liegt ein halber Rotkohl.

Mia kocht in Winterthur Rotkohl und giesst den violetten Saft in drei Gläser. Ins erste gibt sie Essig, ins zweite Leitungswasser, ins dritte eine Lösung von Waschsoda, die basisch ist. Welche Farbe erwartest du in jedem Glas, und warum?

Lösung Schritt für Schritt

Rotkohlsaft ist ein Indikator: rot im Sauren, violett bei neutral, blau bis grün im Basischen.
Essig enthält Essigsäure. Die Lösung wird sauer, der Saft färbt sich rot.
Leitungswasser ist etwa neutral. Der Saft bleibt ungefähr violett.
Die Sodalösung ist basisch. Der Saft wird grün.

Essig: rot (sauer). Leitungswasser: violett (etwa neutral). Sodalösung: grün (basisch).

Jetzt du

Übungen mit Lösungen

Fang beim Einstieg an. Klapp die Lösung erst auf, wenn du selbst gerechnet hast. Steckst du fest, gibt Fox dir einen Tipp.

Einstieg5Üben5Knacknüsse5

1
Sauer, neutral oder basisch? Lösung A hat pH 3, Lösung B pH 7, Lösung C pH 11 (alle bei 25 °C).
Lösung zeigen
Ergebnis: A sauer, B neutral, C basisch
1. Unter 7 ist sauer: A.
2. Genau 7 ist neutral: B.
3. Über 7 ist basisch: C.
2
Du gibst Universalindikator in Essig und in Seifenlauge. Welche Farben erwartest du?
Lösung zeigen
Ergebnis: Essig: rot bis orange. Seifenlauge: blau.
1. Essig ist sauer, Universalindikator wird im Sauren rot bis orange.
2. Seifenlauge ist basisch, Universalindikator wird im Basischen blau bis violett.
3
Welches Teilchen gibt eine Säure ab? Welches Ion entsteht, wenn es auf ein Wassermolekül trifft?
Lösung zeigen
Ergebnis: Ein Proton $H^{+}$ . Es entsteht das Oxonium-Ion $H_{3} O^{+}$ .
1. Nach Brønsted gibt eine Säure ein Proton $H^{+}$ ab.
2. Das Wassermolekül nimmt es auf: $H_{2} O + H^{+} \to H_{3} O^{+}$ .
4
Ordne nach steigendem pH-Wert: Seifenlauge, Zitronensaft, Rohrreiniger, reines Wasser.
Lösung zeigen
Ergebnis: Zitronensaft, reines Wasser, Seifenlauge, Rohrreiniger
1. Zitronensaft ist sauer, etwa pH 2.
2. Reines Wasser ist neutral, pH 7.
3. Seifenlauge ist basisch, etwa pH 10. Rohrreiniger ist stark basisch, pH 13 bis 14.
5
Der pH-Wert einer Lösung sinkt von 5 auf 4. Wird sie saurer oder basischer? Wie viel mal mehr Oxonium-Ionen enthält sie jetzt?
Lösung zeigen
Ergebnis: Saurer, 10-mal mehr Oxonium-Ionen
1. Ein tieferer pH-Wert heisst saurer.
2. Ein pH-Schritt ist Faktor 10: $1 0^{- 4}$ ist zehnmal mehr als $1 0^{- 5}$ .

6
Salpetersäure reagiert mit Wasser: $HN O_{3} + H_{2} O \to H_{3} O^{+} + N O_{3}^{-}$ . Bestimme Säure und Base und gib die beiden Säure-Base-Paare an.
Lösung zeigen
Ergebnis: Säure $HN O_{3}$ , Base $H_{2} O$ . Paare: $HN O_{3} /N O_{3}^{-}$ und $H_{3} O^{+} / H_{2} O$ .
1. $HN O_{3}$ wird zu $N O_{3}^{-}$ : Es gibt ein Proton ab, ist also die Säure.
2. $H_{2} O$ wird zu $H_{3} O^{+}$ : Es nimmt das Proton auf, ist also die Base.
3. Paare, Säure zuerst: $HN O_{3} /N O_{3}^{-}$ und $H_{3} O^{+} / H_{2} O$ .
7
Gib zu jeder Säure die korrespondierende Base an: $HCl$ , $H_{2} O$ , $N H_{4}^{+}$ , $H_{2} S O_{4}$ .
Lösung zeigen
Ergebnis: $C l^{-}$ , $O H^{-}$ , $N H_{3}$ , $HS O_{4}^{-}$
1. Nimm jeder Säure ein $H^{+}$ weg: ein H weniger und die Ladung um eins tiefer.
2. $HCl \to C l^{-}$ , $H_{2} O \to O H^{-}$ .
3. $N H_{4}^{+} \to N H_{3}$ , $H_{2} S O_{4} \to HS O_{4}^{-}$ .
8
Berechne den pH-Wert einer Salzsäure mit $c (H_{3} O^{+}) = 0.01 mol/l$ .
Lösung zeigen
Ergebnis: pH 2
1. $0.01 mol/l = 1 0^{- 2} mol/l$ .
2. $pH = - l g 1 0^{- 2} = 2$ .
9
Berechne den pH-Wert einer Natronlauge mit $c (O H^{-}) = 0.001 mol/l$ .
Lösung zeigen
Ergebnis: pH 11
1. $pOH = - l g 1 0^{- 3} = 3$ .
2. $pH = 14 - 3 = 11$ .
10
Zeige mit zwei , dass Wasser ein Ampholyt ist. Nimm Chlorwasserstoff und Ammoniak als Partner.
Lösung zeigen
Ergebnis: $HCl + H_{2} O \to H_{3} O^{+} + C l^{-}$ (Wasser als Base) und $N H_{3} + H_{2} O ⇌ N H_{4}^{+} + O H^{-}$ (Wasser als Säure)
1. Mit Chlorwasserstoff nimmt Wasser ein Proton auf und wird zu $H_{3} O^{+}$ . Hier ist es die Base.
2. Mit Ammoniak gibt Wasser ein Proton ab und wird zu $O H^{-}$ . Hier ist es die Säure.
3. Ein Teilchen, das beides kann, ist ein Ampholyt.

11
Ameisensäure hat den pKs-Wert 3.75, Essigsäure 4.75. Welche Säure ist stärker? Um welchen Faktor ist ihre Säurekonstante $K_{s}$ grösser?
Lösung zeigen
Ergebnis: Ameisensäure, ihr $K_{s}$ ist 10-mal grösser.
1. Der kleinere pKs-Wert gehört zur stärkeren Säure: Ameisensäure.
2. Der Unterschied ist genau 1.
3. $K_{s} = 1 0^{- p K_{s}}$ : $1 0^{- 3.75}$ ist zehnmal so gross wie $1 0^{- 4.75}$ .
12
Berechne den pH-Wert einer Essigsäure mit $c_{0} = 0.1 mol/l$ (pKs = 4.75). Runde auf eine Stelle nach dem Punkt.
Lösung zeigen
Ergebnis: pH 2.9
1. Essigsäure ist schwach, also gilt $pH = \frac{1}{2} (p K_{s} - l g c_{0})$ .
2. $l g 0.1 = - 1$ .
3. $pH = \frac{1}{2} (4.75 + 1) = 2.875 \approx 2.9$ .
13
Eine Lösung hat bei 25 °C den pH-Wert 9. Berechne $c (H_{3} O^{+})$ und $c (O H^{-})$ .
Lösung zeigen
Ergebnis: $c (H_{3} O^{+}) = 1 0^{- 9} mol/l$ , $c (O H^{-}) = 1 0^{- 5} mol/l$
1. Aus pH 9 folgt $c (H_{3} O^{+}) = 1 0^{- 9} mol/l$ .
2. $pOH = 14 - 9 = 5$ .
3. Also $c (O H^{-}) = 1 0^{- 5} mol/l$ .
14
Du mischst 50 ml Salzsäure ( $c = 0.2 mol/l$ ) mit 50 ml Natronlauge ( $c = 0.1 mol/l$ ). Welchen pH-Wert hat die Mischung? Runde auf eine Stelle nach dem Punkt.
Lösung zeigen
Ergebnis: pH 1.3
1. Stoffmengen: $H_{3} O^{+}$ : $0.2 \cdot 0.05 = 0.01 mol$ , $O H^{-}$ : $0.1 \cdot 0.05 = 0.005 mol$ .
2. Die Neutralisation verbraucht $0.005 mol$ von beiden. Übrig bleiben $0.005 mol$ $H_{3} O^{+}$ .
3. Gesamtvolumen 100 ml: $c (H_{3} O^{+}) = \frac{0.005 mol}{0.1 l} = 0.05 mol/l$ .
4. $pH = - l g 0.05 \approx 1.3$ .
15
Das Hydrogencarbonat-Ion $HC O_{3}^{-}$ ist ein Ampholyt. Stelle je eine Gleichung auf, in der es mit Wasser als Säure und als Base reagiert.
Lösung zeigen
Ergebnis: Als Säure: $HC O_{3}^{-} + H_{2} O ⇌ C O_{3}^{2 -} + H_{3} O^{+}$ . Als Base: $HC O_{3}^{-} + H_{2} O ⇌ H_{2} C O_{3} + O H^{-}$ .
1. Als Säure gibt es sein Proton ab und wird zum Carbonat-Ion $C O_{3}^{2 -}$ .
2. Als Base nimmt es ein Proton auf und wird zu Kohlensäure $H_{2} C O_{3}$ .
3. Ladungen prüfen: links je −1, rechts je −1.

Kommt dein Kind beim pH-Wert oder bei Säure-Base-Paaren nicht weiter, geht eine Chemie-Lehrperson die Schritte mit ihm an den Aufgaben aus seinem Unterricht durch. Nachhilfe in Chemie für Sek und Gymnasium

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Immer neue Fragen zum Anklicken, jede mit kurzer Erklärung. Stufe 1 übt pH-Skala und Indikatoren, Stufe 2 Säure und Base nach Brønsted, Stufe 3 pH-Rechnungen und den pKs-Wert.

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Für Eltern und Lehrpersonen

Lehrplan 21

Typische Klasse: 3. Sek - 2. Jahr Gymnasium
Stufe: Zyklus 3, Gymnasium
Fach: Chemie

In der 3. Sek im Fach Natur und Technik mit Indikatoren und der pH-Skala. Am Gymnasium kommen im 1. und 2. Jahr die Definition nach Brønsted, Säure-Base-Paare, pH-Rechnungen und der pKs-Wert dazu.

NT.3.2.eSaure und basische Eigenschaften von Lösungen auf ihre Teilchen zurückführen: Oxonium-Ionen machen eine Lösung sauer, Hydroxid-Ionen machen sie basisch.
NT.3.2.dEine Säure-Base-Reaktion als Übergang eines Protons von einem Teilchen auf ein anderes beschreiben.
NT.1.3.aWissen, warum saure und basische Reiniger im Haushalt gefährlich sein können und wie man sich beim Umgang mit ihnen schützt.

Codes nach dem Lehrplan 21 der Deutschschweiz, Umschreibung in eigenen Worten. Wann genau das Thema drankommt, legt das Lehrmittel der Schule fest. Alle Themen nach Lehrplan 21

Gut zu wissen

Häufige Fragen

Was ist der Unterschied zwischen einer Säure und einer Base?

Eine Säure gibt ein Proton ab, eine Base nimmt eines auf. In Wasser macht eine Säure die Lösung sauer, eine Base macht sie basisch. Säure und Base reagieren immer miteinander: Die eine gibt, die andere nimmt.

Warum hat pH 3 zehnmal mehr Oxonium-Ionen als pH 4?

Der pH-Wert ist der negative Logarithmus der Oxonium-Ionen-Konzentration. Ein Schritt auf der Skala entspricht darum Faktor 10. Bei pH 3 sind zehnmal so viele Oxonium-Ionen in der Lösung wie bei pH 4.

Was sagt der pKs-Wert?

Er sagt, wie stark eine Säure ist, also wie leicht sie ihr Proton abgibt. Je kleiner der pKs-Wert, desto stärker die Säure. Mit ihm rechnest du am Gymnasium den pH-Wert schwacher Säuren aus.

In welcher Klasse lernt man Säuren und Basen?

Meist in der 3. Sek im Fach Natur und Technik, mit pH-Skala und Indikatoren. Am Gymnasium kommen im 1. und 2. Jahr Brønsted, pH-Rechnungen und der pKs-Wert dazu. Je nach Kanton und Schule kann es etwas früher oder später sein.