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Säuren und Basen in der Chemie
Zunächst lernst du, was Säuren und Basen sind. Zudem wird die Stärke von Basen anhand des pH-Werts eingeordnet.
Die Geschichte der Säuren und Basen
Die Begriffe Säure und Base stammen bereits aus dem 17. Jahrhundert. Damals hat der englische Forscher Robert Boyle als Erster Unterschiede zwischen Säuren, Basen und neutralen Stoffen mithilfe von Lackmus, ein Farbstoff aus einer Flechtenart, nachgewiesen. Der französische Chemiker De Lavoisier fand später heraus, dass Säuren aus einem Nichtmetall und Sauerstoff bestehen. Zudem nannte er Verbindungen, die mit Säuren zu einem Salz und Wasser reagieren, Basen.
Säuren und Basen nach Arrhenius
Svante Arrhenius entwickelte die erste Säure-Base-Theorie in der Chemie, die Ionentheorie. Demnach zerfallen Basen in Wasser in positiv geladene Kationen und Hydroxidionen (OH-). Als Beispiel für die Dissoziation in die Einzelkomponenten kannst du hier Natronlauge sehen:
Säuren hingegen dissoziieren nach Arrhenius in Wasser in Protonen (H+) und negativ geladene Anionen.
Die Theorie von Arrhenius beschränkte sich hinsichtlich Basen jedoch auf wässrige Lösungen und Substanzen, die hydroxidhaltig sind. Dieser Nachteil der Theorie wurde 1923 durch das Donator-Akzeptor-Konzept der Brønsted-Lowry-Theorie ausgeglichen.
Säuren und Basen nach Brønsted
Die Theorie von Brønsted begibt sich auf die Teilchenebene. Eine Base wird hier als Teilchen beschrieben, welches elektronegativ geladen ist und somit ein freies Elektronenpaar besitzt. An dieses freie Elektronenpaar der Base kann sich ein Proton anlagern. Nach Brønsted werden Basen daher auch als Protonenakzeptoren bezeichnet.
Ein Beispiel für eine Base nach Brønsted ist Ammoniak. Wie du in Abbildung 1 erkennen kannst, besitzt Ammoniak ein freies Elektronenpaar. Dieses ist rot markiert. Durch das freie Elektronenpaar kann Ammoniak ein Proton aufnehmen und somit als Base fungieren. In diesem Fall dient Wasser als Protonendonator.
Das Proton könnte beispielsweise von einer Säure stammen aufgrund einer Protolyse. Eine Reaktion zwischen einer Säure und einer Base in einer wässrigen Lösung ist eine Protolyse.
Nach Brønsted sind Säuren Protonendonatoren. Das heißt, Säuren geben Protonen ab.
Es ergibt sich folgende Definition für Basen:
Eine Base kann Protonen aufnehmen und wirkt somit als Protonenakzeptor. Die wässrige Lösung von Basen wird in der Chemie auch Lauge genannt.
Schwache und starke Basen
Sowohl für Säuren als auch für Basen kannst du einen pH-Wert ermitteln. Grundsätzlich gelten Substanzen mit einem pH-Wert von 8 bis 14 auf der pH-Skala als Basen. Stoffe mit einem pH-Wert unter 7 sind Säuren.
Der pH-Wert ist definiert als der negative dekadische Logarithmus der Konzentration der Oxoniumionen. Je größer der Gehalt an Oxoniumionen in der wässrigen Lösung ist, desto höher ist der pH-Wert. Oxoniumionen entstehen durch Aufnahme eines Protons von Wasser. Dies ist beispielsweise möglich, wenn eine Säure ein Proton abgibt.
Starke Basen haben in einer wässrigen Lösung meistens einen pH-Wert zwischen 12 und 14. Schwache Basen haben in einer wässrigen Lösung einen pH-Wert von unter 12.
Starke Basen: pKB-Wert-Berechnung
Die Säurekonstante KS ist ein Maß für die Säurestärke. Ähnlich zur Säurestärke kann diese auch für Basen definiert werden. Die Basizität ist die Stärke einer Base und wird in der Chemie durch die Basenkonstante KB beschrieben.
Mithilfe dieser Konstante kannst du die Lage des Gleichgewichts in einer Säure-Base-Reaktion in Wasser, also einer Protolyse, bestimmen. Dazu wird der pKB-Wert verwendet.
Folgende Reaktion einer Base in Wasser ist gegeben:
Die Basenkonstante KB wird auf Grundlage des Massenwirkungsgesetzes für diese Reaktion wie folgt definiert:
Das Massenwirkungsgesetz beschreibt das chemische Gleichgewicht zwischen Edukten und Produkten. Es wird eine Gleichgewichtskonstante K mit folgender Gleichung definiert:
Die Gleichgewichtskonstante K gibt an, auf welcher Seite der Reaktion das Gleichgewicht liegt.
Der pKB-Wert einer Base ist der negative dekadische Logarithmus von KB:
Je geringer der pKB-Wert einer Base ist, desto stärker ist die Base.
Analog zu Basenstärke pKB gibt es auch den pKS-Wert für Säuren. Dieser ist ein Maß für die Säurestärke.
Starke Basen: Berechnung des pH-Werts
Der pH-Werte von starken Säuren kannst du mithilfe der folgenden Gleichung berechnen:
Auch für die Berechnung des pH-Werts starker Basen eignet sich die Formel der starken Säure in leicht abgewandelter Form.
Beachte jedoch, dass du den pOH-Wert der Base berechnest, wenn du bei der Berechnung den negativen dekadischen Logarithmus die Anfangskonzentration verwendest. Grund dafür ist, dass bei der Reaktion einer starken Base mit Wasser Hydroxidionen entstehen und keine Oxoniumionen, wie bei einer Säure in einer wässrigen Lösung. Mithilfe des pOH-Wertes kannst du in der Chemie jedoch den pH-Wert der wässrigen Lösung ermitteln:
Es gibt auch die Möglichkeit, dass eine sehr geringe Oxoniumkonzentration einer Base angegeben wird. In diesem Fall kannst du den pH-Wert direkt berechnen, indem du die Formel für eine schwache Säure nutzt. Beachte hierbei, dass du den pKB-Wert zuvor in einen pKS-Wert umrechnest.
Wenn du mehr über diesen Themenbereich wissen willst, schaue gerne bei unseren Artikeln über den pH-Wert, pKs-Wert und pKB-Wert vorbei.
Der pH-Wert einer starken Base lässt sich also mit den folgenden Gleichungen berechnen:
1) Mittels des pOH:
2) Mittels der Anfangskonzentration der starken Base:
Damit du diese Formeln besser verstehst, siehtst du in diesem Abschnitt ein Beispiel. Es ist eine Natronlauge mit einer Konzentration von 0,1 gegeben. Somit liegt folgende Konzentration der Hydroxidionen vor:
.
Die Gleichung der Reaktion lautet:
Da es sich bei Natriumhydroxid um eine starke Base handelt, dissoziiert die Base vollständig.
Den pH-Wert der starken Base kannst du auf zwei Arten berechnen.
1. Art:
Zunächst wird der pOH-Wert berechnet.
Anschließend wird der pH-Wert mithilfe des pKW-Wertes ermittelt.
Dem zufolge ist der pH-Wert der Natronlauge 13.
2. Art:
Hier wird der pOH-Wert in keinem Sonderschritt bestimmt, sondern es wird direkt mit der Anfangskonzentration der starken Base gerechnet.
Somit beträgt der pH-Wert auch nach dieser Berechnung für 0,1 mol NaOH 13.
Liste mit starken Basen
Hier findest du eine Liste mit einigen starken Basen aus der Chemie und ihre entsprechende Stärke, welche am pKB-Wert erkennbar ist.
| (starke) Base | Summenformel | pKB-Wert |
| Natriumhydroxid / Natronlauge |  | -2,43 |
| Calciumhydroxid | Ca(OH)2 | 1,37 |
| Kaliumhydroxid |  | -1,1 |
Beispiele für starke Basen im Alltag
Ähnlich wie Säuren findest du viele Basen im Alltag wieder, beispielsweise in einer Laugenbrezel oder im Rohrreiniger für den Toilettenabfluss. Solche chemische Rohreiniger enthalten als Hauptbestandteil Natriumhydroxid. Mittels dieser Chemikalie können organische Ablagerungen zersetzt werden.
Auch Seife besteht aus einer Base und entsteht durch die sogenannte Verseifung. Dabei werden Fette mit einer starken Base, wie Natriumhydroxid, gekocht. Vereinfacht ausgedrückt entstehen dann Glycerin und die Seife, welche das Natrium- beziehungsweise Kaliumsalz von Fettsäuren sind.
Beim Händewaschen mit der Seife zerfällt diese in Natrium-Ionen und Fettsäurerest-Ionen. Die Fettsäurereste entziehen dem Wasser Wasserstoffionen, sodass die Konzentration der Hydroxidionen steigt und somit auch der pH-Wert. Die Seife wirkt hier als Tensid. Diese lösen Fette und Verunreinigungen von der Haut.
Bei alkalischen Reinigungsmitteln handelt es sich meistens um Natronlauge. Natronlauge ist die alkalische Lösung, die durch Lösen von Natriumhydroxid in Wasser entsteht. Derartige Haushaltsreiniger können Rückstände von Eiweißstoffen aufquellen lassen. Dadurch können diese anschließend mit Wasser ganz einfach weggespült werden. Andere alkalische Reiniger, wie Backofensprays, entfernen Verkrustungen und eingebrannte Fettspritzer.
Alkalische Reiniger, wie Rohrreiniger, wirken stark ätzend. Deshalb solltest du bei der Verwendung solcher chemischer Reiniger Gummihandschuhe tragen. Eine Schutzbrille kann dich vor Spritzern schützen.
Starke Basen – Das Wichtigste
- Nach Brønsted sind Basen Protonenakzeptoren und Säuren Protonendonatoren.
- Der pKB-Wert ist ein Maß für die Stärke einer Base, ähnlich zur Stärke einer Säure.
- Für die Stärke von Basen gilt: je geringer der pKB-Wert ist, desto stärker ist die Base.
- Im Vergleich zu Säuren ist bei einer Base ist die Konzentration von Hydroxidionen größer als die der Oxoniumionen.
- Beispiele für starke Basen sind Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid und Calciumhydroxid.
- Den pH-Wert einer starken Base kann mithilfe des pOH-Wertes oder der Anfangskonzentration der starken Base berechnet werden.
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Häufig gestellte Fragen zum Thema Starke Basen
Wann ist eine Base stark oder schwach?
Die Stärke einer Base ist abhänging von der Lage des Gleichgewichts der Reaktion. Je kleiner der pKB-Wert ist, desto stärker ist die Base.
Welches ist die stärkste Base der Welt?
Zu den stärksten Basen zählen das deprotoniert Ion von Methan, CH3-, und deprotonierte Amide, NH2-.
Wie erkennt man eine starke Base?
Die Basekonstante KB kann Auskunft über die Stärke einer Base geben. Grundsätzlich gilt, je kleiner der pKB bzw. je größer die Basekonstante KB, desto stärker die Base.
Welche Basen gibt es im Alltag?
Im Alltag kommen vorallem Natriumhydroxid bzw. Natronlauge und Ammoniak vor. Häufig werden diese in Reinigungsmitteln verwendet. Natronlauge findet jedoch auch Anwendung in der Lebensmittelindustrie, beispielsweise bei Laugengebäck.
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