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Der Säure-Base-Begriff im Wandel der Zeit


 
 
Der Säure-Base-Begriff:

Säuren und Basen gehören (nicht nur im Unterricht) zu den wichtig(st)en Stoffklassen der Chemie. Im Laufe der Zeit hat sich nicht nur im Unterricht der Säure-Base-Begriff gewandelt. Fragen wie "ist eine Base auch eine alkalische Lösung?" zeigen, wie sich der Säure-Base-Begriff auch gesellschaftlich verändert hat.

Begonnen hat die Entwicklung des Säure-Base-Begriffes bereits vor gut 2.000 Jahren, wobei nur die Stoffeigenschaften betrachtet wurden. So hatten "Säuren" einen sauren Geschmack und konnten beispielsweise Metalle oder andere Stoffe auflösen. Stoffe, wie beispielsweise Pottasche konnte diese Wirkung aufheben (diese Stoffe wurden als Alkalien bezeichnet). Mit der Vorstellung über den Aufbau von Atomen hat sich auch der Säure-Base-Begriff gewandelt bzw. wurde präzisiert.



Der Säure-Base-Begriff nach Boyle:


Ein erster (in der Lehre) eingeführter Säure-Base-Begriff stammt von Boyle im 17. Jhd. Boyle stellte in seinen Experimenten fest, dass einige Stoffe verschiedene Pflanzenfarbstoffe charakteristisch in ihrer Farbe verändert, sobald die Stoffe mit diesen Pflanzenfarbstoffen in Berührung kamen. In seinen Experimenten stellte Boyle fest, dass Stoffe, die einen "sauren Geschmack" haben,  den Pflanzenfarbstoff Lackmus rot färben, während eine andere Stoffklasse Lackmus blau färbt.



Der Säure-Base-Begriff nach Lavoisier und Liebig:

Der Säure-Begriff nach Boyle, der nur aufgrund von Stoffeigenschaften basiert (und noch keine Erklärung für das Verhalten von Säuren und Basen hatte) wurde erst im 18 Jhd von Lavoisier. In seinen Versuchen erkannte Lavoisier, dass Säuren aus "einem Nichtmetal und Sauerstoff" (bzw. diese Stoffe in Wasser gelöst, ergeben säurehaltige Lösungen). Stoffe, die mit diesen Säuren zu salzartigen Produkten führen, bezeichnete Lavoisier als Basen. Aufgrund seiner Beobachtungen entstand das sogenannte "Sauerstoff-Konzept" des Säure-Basen-Begriffes, d.h. Sauerstoff(atome) sind in allen Säuren als Bestandteil enthalten.

Das "Sauerstoff-Konzept" wurde im 19 Jhd. durch Liebig widerlegt. In seinen Versuchen konnte er zeigen, dass es Säuren gibt, die kein Sauerstoffatom in ihrer "Summenformel" haben. Mit Hilfe analytischer Nachweismethoden widerlegte er die Theorie von Lavoisier, als bewiesen wurde, das Salzsäure eine Verbindung aus Chlor und Wasserstoff ist. Hieraus postulierte Liebig seinen Säure-Base-Begriff, das als auch Wasserstoff-Konzept bekannt ist. Säuren sind also Stoffe, die "Wasserstoffatome" in ihrer Summenformel besitzen und durch Metalle (wenn sie mit diesen reagieren) Wasserstoff erzeugen.  Stoffe, die mit diesen Säuren zu salzartigen Produkten führen, bezeichnete Liebig als Basen.



Der Säure-Base-Begriff nach Arrhenius:

Auch der Säure-Base-Begriff nach Liebig hatte "einige Fehler", so dass diese (noch im 19 Jhd.) durch den Säure-Base-Begriff von Arrhenius "abgelöst" wurde. Hierfür gab es zwei wesentliche Gründe. Die im 19 Jhd aufkommende organische Chemie zeigte, dass alle diese Verbindungen "Kohlenwasserstoffverbindungen" sind, aber viele davon nicht mit Metallen unter Wasserstoffbildung reagieren. Zum anderen konnte Liebig (wie auch seine Vorgänger) nicht "strukturell" definieren, was eine Base ist.

So wurde das "Wasserstoff-Konzept" von Liebig durch "Konzept der elektrolytischen Dissoziation" von Arrhenius abgelöst. Arrhenius entdeckte in seinen Untersuchungen, dass Säuren Stoffe sind, die in wässriger Lösung in Wasserstoff-Ionen und einen "Säure-Rest" dissoziieren. Basen hingegen sind Stoffe, die in wässriger Lösung in Hydroxid-Ionen und Metall-Ionen dissoziieren.



Der Säure-Base-Begriff nach Brönstedt-Lowry:

Auch das "Dissoziations-Konzept" nach Arrhenius hatte nicht lange Bestand und wurde durch das "Protonen-Donator-Akzeptor"-Konzept von Brönstedt und Lowry abgelöst. Die lag vor allem daran, dass das "Dissoziations-Komzept" bei Säuren und Basen nur auf wässrige Lösungen beschränkt ist.

Diese Theorie führt vor allem auf die Entdeckung von Lowry zurück, der die Theorie des Protonenüberganges entwickelte. Nach dem Säure-Base-Begriff von Brönsted-Lowry sind Säuren Protonendonatoren (sie geben also Protonen ab) und Basen wirken als Protonenakzeptoren (sie nehmen also Protonen auf).  Die Brönsted-Lowry-Definition des Säure-Base-Begriffes ist nicht daher mehr an wässriger Lösungen gebunden.




Der Säure-Base-Begriff nach Lewis:

Auch das "Protonen-Donator-Akzeptor"-Konzept wies einige Schwächen auf, so dass es durch das "Elektronen-Donator- Akzeptor-Konzept" von Lewis "erweitert wurde. In seinen Versuchen stellte Lewis fest, dass Stoffe wie Aluminiumchlorid (in einem Lösungsmittel gelöst) mit Hilfe von Säure-Base-Indikatoren die gleiche Reaktion zeigen, wie Säurelösungen. Dies obwohl es sich bei Aluminiumchlorid um keine Brönstedt-Säure handelt. Daher formulierte Lewis das sogenannte "Elektronen-Donator- Akzeptor"-Konzept. Nach diesem Konzept wirken Säuren als Elektronen(paar)akzeptoren, während Basen als Elektronen(paar)donatoren wirken.



Der Säure-Base-Begriff nach Ussanovich

Dieses "Säure-Base-Konzept" ist das umfangreichste und wird in der Sekundarstufe 2 und vor allem in der Universitätsausbildung "besprochen". Nach diesem Konzept,

sind Säuren "Stoffe", die in der Lage sind
  • Protonen abzugeben
  • beliebige Kationen abzugeben
  • Elektronen aufzunehmen
  • beliebige Anionen aufnehmen
sind Basen "Stoffen", die in der Lage sind
  • Protonen aufzunehmen
  • beliebige Anionen abzugeben
  • Elektronen abzugeben 

Ein Großteil der Definition stammt von "Ussanovich", danach ist eine Säure ein Stoff, der mit Basen reagiert, das heißt Kationen abgibt oder Anionen beziehungsweise Elektronen aufnimmt. Eine Base ist ein Stoff, der mit Säuren reagiert, das heißt Anionen oder Elektronen abgibt oder Kationen aufnimmt.

Der Unterschied zum Lewis-Konzept ist, dass das Lewis-Konzept (nur) auf die Aufnahme bzw. Abgabe von Elektronen "beschränkt ist. Beim Ussanovich-Konzept ist die Aufnahme bzw. Abgabe nicht nur auf Elektronenpaare beschränkt, sondern gilt auch bei der Übertragung von einzelnen Elektronen.

Aus diesem Grund hat sich der Säure-Base-Begriff nach Ussanovich nie durchgesetzt, da der Begriff zu allgemein gefasst ist. Nach dem Ussanovich wäre jede Redoxreaktion (eine Elektronenüertragungsreaktion) auch eine Säure-Basen-Reaktion.