Der Säuregehalt eines Stoffes ist streng wissenschaftlich definiert. Menschen neigen dazu, sich Bilder von sich auflösenden Metallen und Löchern zu machen, die sich durch Dinge brennen, wenn sie an Säuren und nicht-saure Substanzen oder Basen denken. Die Wahrheit ist, wie zerstörerisch eine Substanz sein kann, ist nicht der Faktor, den Chemiker berücksichtigen, wenn sie den Säuregehalt (oder das Fehlen davon) von etwas bestimmen.
Definition und Nachweis einer Säure
Es gibt drei verschiedene Definitionen, die Chemiker verwenden, wenn sie eine Säure und eine Base definieren.
Die Arrhenius-Definition: Säuren sind Substanzen, die, wenn sie in Wasser gelöst werden, die Konzentration von H+-Ionen (dh positiven Wasserstoffionen oder Protonen) erhöhen. Basen sind Stoffe, die in Wasser gelöst die Konzentration von OH-Ionen (auch Hydroxidionen genannt) erhöhen.
Die Bronstead-Lowry-Definition: Eine Säure ist eine Substanz, die ein Proton (H) auf eine andere Substanz übertragen kann. Eine Base ist eine Substanz, die ein Proton (H) aufnehmen kann.
Die Lewis-Definition: Eine Säure wird als Elektronenpaar-Akzeptor und eine Base als Elektronenpaar-Donor definiert.
In der Praxis denken die meisten Chemiker (sofern Sie kein organischer Chemiker sind) an Säuren und Basen in Bezug auf die ersten beiden Definitionen.
Obwohl diese Definitionen sehr technisch erscheinen mögen, ist ein todsicherer Weg, um Säuren in der Küche zu verstehen, beispielsweise eine einfache Reaktion mit Backpulver durchzuführen. Wenn Sie eine Flüssigkeit haben und wissen möchten, ob sie sauer ist, können Sie dies leicht feststellen, indem Sie etwas Backpulver untermischen. Das Backpulver reagiert mit Säuren, um Blasen zu erzeugen.
Sie kennen vielleicht den Bau eines selbstgebauten Küchenvulkans. Sie mischen Essig (eine Säure) mit Backpulver. Es schäumt auf, wenn das Backpulver mit der Säure reagiert. Dies ist im Wesentlichen das, was Sie tun können, um zu testen, ob eine Lösung sauer ist oder nicht. Wenn keine Säure vorhanden ist, wird die Lösung nicht sprudeln, wenn Sie das Backpulver hinzufügen.
Relative Stärke von Säuren
Einige Säuren sind stärker als andere. Wir kennen dieses Konzept sehr gut, wenn wir einen Schluck Soda trinken und es auf unserer Zunge lassen. Das brennende Gefühl kommt von der Säure in der Soda. Wir bekommen dieses Gefühl nicht, wenn wir reines Wasser im Mund halten. Der Unterschied liegt in der Stärke der Säure. Natürlich ist Vorsicht geboten, bevor Sie etwas in den Mund nehmen.
Wissenschaftlich gesehen wäre eine starke Säure eine Säure, die ihre Protonen (H+-Atome) vollständig auf Wasser überträgt und keine undissoziierten Moleküle in Lösung zurücklässt. Eine schwache Säure wäre eine, die in wässriger Lösung nur teilweise dissoziiert und in der Lösung als Mischung aus Säuremolekülen und Komponentenionen vorliegt. Eine Substanz mit vernachlässigbarem Säuregehalt ist eine Substanz, die Wasserstoff enthält, aber in Wasser kein saures Verhalten zeigt (dh der Wasserstoff dissoziiert oder löst sich nicht vom Molekül).
Die pH-Skala
Die Verwendung der pH-Skala ist eine praktische Möglichkeit, um quantitativ zu bestimmen, wie sauer etwas ist. Wenn der pH-Wert einer Lösung unter 7 liegt, ist sie sauer. Bei einem pH-Wert von 7 ist die Lösung neutral und bei einem pH-Wert von mehr als 7 ist die Lösung basisch. Diese Skala gibt die Menge der tatsächlichen H+-Ionen (Säure) an, die in der Lösung herumschwimmen, was direkt mit der Definition einer Säure zusammenhängt.
Bestimmung des pH-Werts einer Lösung
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, den pH-Wert einer Lösung zu messen. Die bekannteste Methode ist die Verwendung von Lackmuspapier. Das Lackmuspapier ist mit einer Chemikalie beschichtet, die mit Säuren reagiert und die Farbe des Papiers verändert. Anschließend können Sie das Papier mit einer Standardfarbkarte vergleichen, um den pH-Wert zu ermitteln. Es ist auch üblich, Lösungsindikatoren zu verwenden, um die Säurekonzentration in einer Lösung zu bestimmen. Dies funktioniert ähnlich wie das Lackmuspapier, wird jedoch stattdessen der Lösung zugesetzt und die Farbe der gesamten Lösung ändert sich in eine Farbe, die den pH-Wert anzeigt. Im Chemielabor führen Wissenschaftler Titrationsexperimente zur Bestimmung des pH-Wertes durch. Um dieses Verfahren anzuwenden, ist ein besonderes Maß an technischem Können erforderlich. Die gebräuchlichste und genaueste Methode ist die Verwendung eines pH-Meters. Das elektronische Messgerät enthält eine in die Flüssigkeit eingetauchte Sonde und misst einen elektrischen Strom, der direkt auf den pH-Wert bezogen werden kann. Der Wert wird dann dem Benutzer auf dem Display des Messgeräts diktiert. Diese pH-Meter haben im Laufe der Jahre an Zuverlässigkeit und Benutzerfreundlichkeit zugenommen und sind die Standardmethode. Die meisten dieser Geräte befinden sich nicht in der Haushaltsküche. pH-Teststreifen (Lackmuspapier) kann man bei Bedarf in einem Kochgeschäft bestellen.
Beispiele für den pH-Wert verschiedener Substanzen
Diese Werte sind ungefähre Angaben, können Ihnen aber ein Gefühl dafür geben, wo Substanzen auf der pH-Skala liegen. Haushaltsbleiche: 12,5 Magnesiamilch: 10 Backpulver: 8 Reines Wasser: 7 Schwarzer Kaffee: 5 Wein: 3,5 Cola, Essig: 2,9 Magensaft: 1,2
Zahlen über 7 sind basisch und Zahlen unter 7 sind sauer.