Saure und alkalische Lösungen - Chemie


Saure und alkalische Lösungen - Chemie
Saure und alkalische Lösungen - Chemie
Einleitung
Saure und alkalische Lösungen begegnen Dir im Alltag, im Labor und in der Natur. Zitronensaft und Essig sind sauer. Seifenlösung und manche Reinigungsmittel reagieren alkalisch. Entscheidend sind nicht Geschmack oder Geruch, sondern die Teilchen in der wässrigen Lösung: Saure Lösungen enthalten einen Überschuss an Oxonium-Ionen , alkalische Lösungen einen Überschuss an Hydroxid-Ionen .

In diesem aiMOOC lernst Du, saure, neutrale und alkalische Lösungen zu unterscheiden, den pH-Wert zu deuten, Indikatoren einzusetzen und eine Neutralisation auf Teilchenebene zu erklären.
Wichtig: Chemikalien werden niemals probiert. Auch verdünnte Lösungen können Haut und Augen reizen. Trage bei Experimenten eine Schutzbrille und arbeite nach Anweisung der Lehrkraft.
Lernziele
Nach der Bearbeitung kannst Du
- saure Lösungen anhand von Oxonium-Ionen und typischen Indikatorfarben beschreiben.
- alkalische Lösungen anhand von Hydroxid-Ionen und typischen Indikatorfarben beschreiben.
- den pH-Wert als Maß für den sauren oder alkalischen Charakter einer wässrigen Lösung deuten.
- die Reaktion einer Säure oder Base mit Wasser in einfachen Reaktionsgleichungen darstellen.
- eine Neutralisation erklären und Sicherheitsregeln auf Alltagssituationen übertragen.
Grundlagen
Säuren, Basen und Wasser
Eine Säure ist nach dem Brønsted-Konzept ein Teilchen, das ein Proton abgeben kann. Eine Base kann ein Proton aufnehmen. Erst beim Kontakt mit Wasser entstehen die für saure oder alkalische Lösungen typischen Ionen.
Beispiel Salzsäure: Chlorwasserstoff überträgt ein Proton auf ein Wassermolekül.
Das Wassermolekül wirkt hier als Base. Die entstandene Lösung ist sauer, weil viele Oxonium-Ionen vorhanden sind.
Beispiel Natronlauge: Festes Natriumhydroxid zerfällt beim Lösen in Wasser in Ionen.
Die Lösung ist alkalisch, weil viele Hydroxid-Ionen vorhanden sind.
Saure Lösungen
Saure Lösungen besitzen einen pH-Wert unter 7, bezogen auf verdünnte wässrige Lösungen bei etwa 25 °C. Sie leiten elektrischen Strom, weil bewegliche Ionen enthalten sind. Viele saure Lösungen reagieren mit unedlen Metallen oder mit Carbonaten. Die genaue Reaktion hängt von der verwendeten Säure und ihrer Konzentration ab.
Alltagsbeispiele sind Zitronensaft, Essig, kohlensäurehaltiges Wasser und Magensaft. Daraus folgt nicht, dass jede saure Lösung harmlos ist: Konzentrierte Säuren können stark ätzend wirken.
Alkalische Lösungen
Alkalische Lösungen werden auch basische Lösungen genannt. Sie besitzen bei etwa 25 °C einen pH-Wert über 7 und enthalten einen Überschuss an Hydroxid-Ionen. Viele Laugen lösen Fette und können sich seifig anfühlen. Dieses Merkmal darf im Labor nicht durch Berühren geprüft werden.
Alltagsbeispiele sind Seifenlösung, Waschsoda-Lösung und manche Reinigungsmittel. Starke Laugen greifen Haut, Augen und verschiedene Materialien an.
Begriffsunterschied: Eine Base ist ein Stoff oder Teilchen, das Protonen aufnehmen kann. Eine Lauge ist eine wässrige alkalische Lösung.
Neutrale Lösungen
In einer neutralen Lösung sind Oxonium-Ionen und Hydroxid-Ionen in gleicher Konzentration vorhanden. Reines Wasser hat bei 25 °C ungefähr den pH-Wert 7. Der neutrale pH-Wert ist temperaturabhängig; deshalb ist pH 7 nicht unter allen Bedingungen exakt neutral.
Die Selbstionisation des Wassers lässt sich vereinfacht so darstellen:
Der pH-Wert
Der pH-Wert beschreibt, wie sauer oder alkalisch eine wässrige Lösung ist. Für viele verdünnte Lösungen gilt als Orientierung:
- pH kleiner als 7: sauer
- pH ungefähr 7: neutral
- pH größer als 7: alkalisch

Die häufig verwendete Skala von 0 bis 14 ist eine praktische Orientierung für verdünnte wässrige Lösungen. Sehr konzentrierte Lösungen können auch pH-Werte außerhalb dieses Bereichs besitzen.
Mathematische Vertiefung
Im Schulmodell wird für verdünnte Lösungen häufig mit der Konzentration der Oxonium-Ionen gerechnet:
Für Hydroxid-Ionen gilt entsprechend:
Bei 25 °C gilt für verdünnte wässrige Lösungen näherungsweise:
Eine Änderung des pH-Werts um eine Einheit entspricht ungefähr einer Verzehnfachung der Oxonium-Ionen-Konzentration. Eine Lösung mit pH 3 enthält daher ungefähr zehnmal so viele Oxonium-Ionen wie eine vergleichbare Lösung mit pH 4.
In einer genaueren Beschreibung wird der pH-Wert über die Aktivität der Oxonium-Ionen definiert. Für viele Schulversuche genügt jedoch die Konzentrationsnäherung.
Indikatoren
Säure-Base-Indikatoren sind Farbstoffe, deren Farbe vom pH-Wert abhängt. Sie zeigen einen pH-Bereich an, aber meist keinen exakten Zahlenwert. Universalindikator und pH-Papier kombinieren mehrere Farbstoffe und decken einen größeren pH-Bereich ab.

Typische Indikatoren
| Indikator | sauer | ungefähr neutral | alkalisch |
|---|---|---|---|
| Lackmus | rot | violett | blau |
| Bromthymolblau | gelb | grün | blau |
| Phenolphthalein | farblos | farblos | pink bis violett |
| Rotkohlsaft | rot bis rosa | violett | blau, grün bis gelb |

Die Farben hängen vom jeweiligen Indikator und seinem Umschlagsbereich ab. Deshalb darfst Du Farbangaben verschiedener Indikatoren nicht miteinander verwechseln.
Indikatorpapier richtig verwenden
- Gib einen Tropfen der Probe mit einem sauberen Glasstab auf das Indikatorpapier.
- Vergleiche die Farbe sofort mit der Farbskala.
- Notiere den geschätzten pH-Bereich.
- Verwende für jede Probe ein sauberes Arbeitsgerät, damit die Lösungen nicht verunreinigt werden.
Experiment: Rotkohl als pH-Indikator
Rotkohl enthält Anthocyane. Diese Pflanzenfarbstoffe ändern ihre Struktur und damit ihre Farbe in Abhängigkeit vom pH-Wert.

Datei:Les Couleurs du Chou Rouge.webm
Material
- Rotkohlsaft oder vorbereiteter Rotkohlindikator
- kleine, beschriftete Becher oder eine Tüpfelplatte
- ungefährliche Haushaltsproben wie Zitronensaft, Essig, Wasser, Natronlösung und Seifenlösung
- Pipetten, Schutzbrille und Papier zum Protokollieren
Durchführung
- Gib von jeder Probe eine kleine Menge in ein beschriftetes Gefäß.
- Füge jeweils wenige Tropfen Rotkohlindikator hinzu.
- Beobachte die Farbänderung und ordne die Probe als sauer, neutral oder alkalisch ein.
- Vergleiche Deine Einordnung mit einer Rotkohl-Farbskala.
- Entsorge die Proben nach Anweisung der Lehrkraft.
Sicherheit: Verwende keine unbekannten Flüssigkeiten, keinen Abflussreiniger und keine Bleichmittel. Mische niemals verschiedene Reinigungsmittel. Das Experiment wird unter Aufsicht durchgeführt.
Auswertung
Eine rote oder rosafarbene Probe ist meist sauer. Violett deutet auf einen Bereich um neutral hin. Blaue, grüne oder gelbliche Farben deuten auf zunehmend alkalische Bedingungen. Die Zuordnung ist nur eine Schätzung, weil Farbton, Konzentration und Beleuchtung das Ergebnis beeinflussen.
Neutralisation
Bei einer Neutralisation reagieren Oxonium-Ionen und Hydroxid-Ionen zu Wasser:
Die übrigen Ionen bilden eine Salzlösung. Bei der Reaktion von Salzsäure mit Natronlauge gilt:
Werden eine starke Säure und eine starke Base in passenden Stoffmengen gemischt, liegt der Äquivalenzpunkt bei 25 °C ungefähr bei pH 7. Bei schwachen Säuren oder Basen kann der pH-Wert am Äquivalenzpunkt davon abweichen.

Neutralisationen werden zum Beispiel bei der Abwasserbehandlung, bei chemischen Analysen und zur Einstellung bestimmter pH-Werte genutzt. Eine Neutralisation darf nicht als sichere Methode zum Beseitigen unbekannter Chemikalien verstanden werden.
Elektrische Leitfähigkeit
Saure und alkalische Lösungen enthalten frei bewegliche Ionen und können deshalb elektrischen Strom leiten. Destilliertes Wasser leitet nur sehr schwach. Löst man einen Elektrolyten, etwa eine Säure, eine Lauge oder ein Salz, steigt die Leitfähigkeit.
Die Leitfähigkeit allein verrät jedoch nicht, ob eine Lösung sauer oder alkalisch ist. Dafür brauchst Du zusätzlich einen Indikator oder ein pH-Messgerät.
Sicherheit und Umwelt
- Schutzbrille tragen und lange Haare zusammenbinden.
- Chemikalien nie probieren und nicht direkt daran riechen.
- Säuren und Laugen nur nach Anweisung verdünnen; grundsätzlich wird konzentrierte Säure langsam zum Wasser gegeben.
- Spritzer sofort mit viel Wasser abspülen und die Lehrkraft informieren.
- Reinigungsmittel nie miteinander mischen, weil gefährliche Gase oder heftige Reaktionen entstehen können.
- Reste nach den Vorgaben der Schule oder des Labors entsorgen.
Interaktive Aufgaben
Quiz: Teste Dein Wissen
Welche Ionen kennzeichnen eine saure wässrige Lösung? (Oxonium-Ionen) (!Hydroxid-Ionen) (!Natrium-Ionen) (!Chlorid-Ionen)
Welche Ionen liegen in einer alkalischen Lösung im Überschuss vor? (Hydroxid-Ionen) (!Oxonium-Ionen) (!Calcium-Ionen) (!Sulfat-Ionen)
Welcher pH-Wert kennzeichnet bei etwa 25 Grad Celsius eine neutrale wässrige Lösung? (7) (!0) (!3) (!14)
Welche Farbe zeigt Bromthymolblau in einer alkalischen Lösung? (blau) (!gelb) (!rot) (!farblos)
Was beschreibt eine Base nach Brønsted? (Sie nimmt ein Proton auf) (!Sie gibt immer Elektronen ab) (!Sie besteht nur aus Metallatomen) (!Sie bildet immer ein Gas)
Welche Reaktion beschreibt die Neutralisation auf Teilchenebene? (Oxonium-Ionen reagieren mit Hydroxid-Ionen zu Wasser) (!Natrium-Ionen reagieren mit Chlorid-Ionen zu Wasser) (!Wasser zerfällt vollständig in Wasserstoff und Sauerstoff) (!Ein Salz reagiert immer zu einer Säure)
Warum leiten saure und alkalische Lösungen elektrischen Strom? (Sie enthalten bewegliche Ionen) (!Sie enthalten immer Metalle) (!Sie besitzen eine besonders hohe Temperatur) (!Sie bestehen nur aus Elektronen)
Welche Aussage zum pH-Wert ist richtig? (Eine Änderung um eine Einheit entspricht ungefähr einem Faktor zehn) (!Jede pH-Stufe unterscheidet sich nur um ein Prozent) (!Der pH-Wert gilt unabhängig vom Lösungsmittel) (!Der pH-Wert kann nur mit Lackmus bestimmt werden)
Welche Probe ist für einen sicheren Schulversuch mit Rotkohlindikator geeignet? (verdünnte Natronlösung) (!Abflussreiniger) (!unbekannte Laborflüssigkeit) (!Bleichmittelgemisch)
Was bleibt bei der Neutralisation von Salzsäure und Natronlauge neben Wasser in Lösung? (Natriumchlorid) (!Kohlenstoffdioxid) (!Sauerstoff) (!Ammoniak)
Memory
| Oxonium-Ion | kennzeichnet saure Lösungen |
| Hydroxid-Ion | kennzeichnet alkalische Lösungen |
| Universalindikator | zeigt einen größeren pH-Bereich durch Farben |
| Neutralisation | bildet aus Oxonium- und Hydroxid-Ionen Wasser |
| Brønsted-Säure | gibt ein Proton ab |
| Brønsted-Base | nimmt ein Proton auf |
Drag and Drop
| Ordne die richtigen Begriffe zu. | Thema |
|---|---|
| saure Lösung | Überschuss an Oxonium-Ionen |
| neutrale Lösung | gleiche Konzentration von Oxonium- und Hydroxid-Ionen |
| alkalische Lösung | Überschuss an Hydroxid-Ionen |
| Indikator | zeigt einen pH-Bereich durch Farbänderung |
| Neutralisation | Säure und Base reagieren miteinander |
Kreuzworträtsel
| Oxonium | Welches Ion kennzeichnet eine saure Lösung? |
| Hydroxid | Welches Ion kennzeichnet eine alkalische Lösung? |
| Indikator | Welcher Stoff zeigt den pH-Bereich durch eine Farbänderung? |
| Neutralisation | Wie heißt die Reaktion zwischen Säure und Base? |
| Lackmus | Welcher bekannte Farbstoff ist ein Säure-Base-Anzeiger? |
| Leitfähigkeit | Welche elektrische Eigenschaft besitzen ionenhaltige Lösungen? |
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Lückentext
Offene Aufgaben
Leicht
- pH-Farbskala: Gestalte eine übersichtliche Farbskala für Rotkohlindikator und beschrifte saure, neutrale und alkalische Bereiche.
- Stoffe im Alltag: Ordne zehn bekannte Haushaltsstoffe begründet als vermutlich sauer, neutral oder alkalisch ein, ohne sie zu probieren.
- Sicherheitsplakat: Erstelle ein Plakat mit fünf Regeln für den sicheren Umgang mit Säuren und Laugen.
- Begriffsnetz: Verbinde die Begriffe Säure, Base, Oxonium-Ion, Hydroxid-Ion, pH-Wert und Indikator in einer Concept-Map.
Standard
- Rotkohlindikator: Plane einen Versuch mit mindestens fünf sicheren Haushaltsproben, führe ihn unter Aufsicht durch und protokolliere die Ergebnisse.
- Indikatorvergleich: Vergleiche Rotkohlsaft, Lackmus und Bromthymolblau hinsichtlich Farben, Messbereich und Genauigkeit.
- Erklärvideo: Produziere ein zweiminütiges Video, das den Unterschied zwischen einer Base und einer alkalischen Lösung erklärt.
- Leitfähigkeitsversuch: Entwickle mit einer geeigneten Niederspannungsapparatur einen Vergleich von destilliertem Wasser, Salzlösung, saurer und alkalischer Lösung.
Schwer
- pH-Messreihe: Untersuche eine Verdünnungsreihe einer ungefährlichen sauren Lösung und stelle pH-Wert und Verdünnungsstufe grafisch dar.
- Neutralisationsmodell: Baue ein Teilchenmodell oder eine Animation zur Reaktion von Oxonium- und Hydroxid-Ionen.
- Umweltanalyse: Recherchiere, warum pH-Werte in Böden und Gewässern wichtig sind, und bewerte ein lokales Beispiel.
- Experimentkritik: Vergleiche Indikatorpapier und digitales pH-Messgerät, diskutiere Fehlerquellen und entwickle ein verbessertes Messverfahren.


Lernkontrolle
- Teilchenebene: Erkläre mit einer Skizze, warum eine Lösung nach Zugabe einer Säure mehr Oxonium-Ionen enthält.
- Messstrategie: Entscheide, ob Du für eine unbekannte Probe Lackmus, Universalindikator oder ein pH-Messgerät verwenden würdest, und begründe Deine Wahl.
- Alltagstransfer: Beurteile die Aussage „Alles Saure ist gefährlich und alles Alkalische ist harmlos“ anhand geeigneter Beispiele.
- Neutralisation im Modell: Beschreibe, was auf Stoff- und Teilchenebene geschieht, wenn passende Mengen Salzsäure und Natronlauge gemischt werden.
- Fehleranalyse: Eine Gruppe benutzt für alle Proben dieselbe Pipette. Erkläre, wie dies die Ergebnisse verändert und wie der Fehler vermieden wird.
- Mathematischer Transfer: Vergleiche zwei Lösungen mit pH 3 und pH 5 hinsichtlich ihrer Oxonium-Ionen-Konzentration und erläutere den Unterschied.
Lernnachweis
Für einen Lernnachweis solltest Du zeigen, dass Du
- saure, neutrale und alkalische Lösungen anhand ihrer Teilchen und pH-Bereiche unterscheiden kannst.
- Säuren als Protonendonatoren und Basen als Protonenakzeptoren beschreiben kannst.
- Indikatorfarben korrekt auswertest und Grenzen der Messung benennst.
- die Neutralisation als Reaktion von Oxonium- und Hydroxid-Ionen erklärst.
- einfache Reaktionsgleichungen und pH-Beziehungen sinnvoll verwendest.
- Versuchsergebnisse protokollierst, auswertest und Fehlerquellen diskutierst.
- Sicherheitsregeln auf Labor- und Alltagssituationen überträgst.
OERs zum Thema
- Säuren
- Alkalische Lösung
- Indikator in der Chemie
- Freie Medien zu pH-Indikatoren auf Wikimedia Commons
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