Säuren sind tief in zahllose biologische, geologische und technologische Prozesse eingebunden. Bakterien produzieren Milchsäure, die Lebensmittel konserviert, Bodensäuren geben Nährstoffe aus Düngemitteln auf Gesteinsbasis frei und Säuren in Batterien führen zu Reaktionen, die elektrische Energie erzeugen. Salzsäure, oft als HCl abgekürzt, ist ein gängiges Beispiel für eine starke Säure, und spezifische pH-Werte können durch Mischungen aus Salzsäure und Wasser erreicht werden.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Die Zugabe von Salzsäure zu Wasser senkt den pH-Wert des Wassers auf einen Wert von weniger als 7,0 und erzeugt eine saure Lösung.
Säure messen
Die pH-Skala, die typischerweise von 0 bis 14 reicht, misst die Konzentration von Wasserstoffionen in einer Substanz. Säuren haben pH-Werte kleiner 7, Basen haben pH-Werte größer 7 und ein pH-Wert von 7,0 ist der Neutralpunkt. Die pH-Skala ist negativ und logarithmisch, was bedeutet, dass eine Erhöhung der Wasserstoffionenkonzentration um den Faktor zehn einer Abnahme um eine Einheit auf der pH-Skala entspricht. Die Zugabe einer sauren Substanz zu Wasser verringert den Gesamt-pH-Wert der Lösung.
Gebrochene Moleküle, freie Ionen
Wenn eine Säure zu Wasser hinzugefügt wird, trennen sich die Moleküle der Säure in einzelne Ionen in einem Prozess, der als Dissoziation bekannt ist. Ein Salzsäuremolekül besteht beispielsweise aus einem Wasserstoffatom und einem Chloratom. Wenn sich diese Moleküle in Wasser auflösen, trennen sie sich in ein positiv geladenes Wasserstoff-Ion und ein negativ geladenes Chlor-Ion. Dies führt zu einer erhöhten Konzentration von Wasserstoffionen und damit zu einem niedrigeren pH-Wert. Salzsäure wird als "starke" Säure eingestuft, was bedeutet, dass praktisch alle Moleküle dissoziieren. Viele andere Säuren – wie Essigsäure, die allgemein als Essig bezeichnet wird – werden als „schwache“ Säuren klassifiziert. Nur ein Teil der Moleküle schwacher Säuren dissoziiert bei Zugabe zu Wasser.
Eine extreme Säure
Reine Salzsäure hat einen theoretischen pH-Wert von Null, ist also extrem sauer. In der Praxis existiert Salzsäure jedoch nur als verdünnte Substanz. Folglich hängt der effektive pH-Wert von Salzsäure vom Verdünnungsgrad ab. Da der pH-Wert von Salzsäure so niedrig ist, treten große pH-Änderungen auf, selbst wenn winzige Mengen zu einer neutralen Lösung wie Wasser hinzugefügt werden. Ein Beispiel für verdünnte Salzsäure ist die menschliche Magensäure, die einen pH-Wert von etwa 3 hat.
Vorhersage des pH-Werts
Der Grad der pH-Änderung, der auftritt, wenn dem Wasser starke Säuren wie Salzsäure zugesetzt werden entspricht direkt dem Verdünnungsfaktor, da alle sauren Moleküle einen Wasserstoff abgeben Ion. Da die pH-Skala einer logarithmischen Beziehung folgt, entspricht eine Verdünnung um den Faktor zehn einer pH-Änderung um eine Einheit. So führt beispielsweise 1 Milliliter Salzsäure zu 10 Milliliter pH-neutralem Wasser zu einer Verringerung der Wasserstoffionenkonzentration um den Faktor zehn. Somit ist der pH-Wert der Endlösung eine Einheit höher als der pH-Wert der ursprünglichen Salzsäure. Fügt man 100 Milliliter Wasser 1 Milliliter Salzsäure hinzu, sinkt die Konzentration der Wasserstoffionen um den Faktor zwei und der pH-Wert steigt um zwei Einheiten.