Eine chemische Reaktion bildet per Definition aus den Ausgangschemikalien (sogenannten Reaktanten) neue Chemikalien (die Produkte genannt). Es sollte sinnvoll sein, dass die Identität der gebildeten Produkte davon abhängt, mit welchen Reaktanten wir beginnen. Das Hinzufügen einer Säure zu einer Base ist ein Beispiel für eine chemische Reaktion, daher sollten wir mit neuen Produkten rechnen. Obwohl diese Art von Reaktion ein Muster hat, hängen letztendlich die gebildeten Produkte davon ab, welche Säure und welche Base verwendet werden.
Keine einfache Antwort
Auf den ersten Blick hat diese Frage eine einfache Antwort. Die meisten einführenden Chemiebücher lehren, dass die Reaktion zwischen einer Säure und einer Base Neutralisation genannt wird und die gebildeten Produkte Wasser und ein Salz sind. Mischt man beispielsweise Salzsäure (HCl) mit Natronlauge (NaOH), entstehen als Produkte Wasser (H20) und Natriumchlorid (NaCl), das als Kochsalz bekannt ist.
HCl + NaOH --> H2O + NaCl
Das Problem ist, dass es nicht so einfach ist. Um diese Frage vollständig zu beantworten, müssen wir viel genauer sein.
Ein Ausgangspunkt
Beginnen wir damit, eine starke Säure mit einer starken Base zu mischen. Das Wort „stark“ bedeutet, dass diese Säuren und Basen vollständig dissoziieren (oder auseinanderbrechen), wenn sie in Wasser gegeben werden. Die Verwendung einer starken Säure in einem Experiment bedeutet, dass die Säure bereits in Wasser gelöst ist (und dies gilt höchstwahrscheinlich auch für die Base). Wenn Sie dann die Säure der Base hinzufügen, sind die Produkte Wasser (zusätzlich zu dem bereits vorhandenen Wasser) und ein Salz (das nicht unbedingt „Kochsalz“ ist).
Mischen Sie beispielsweise die starke Säure HNO3 (Salpetersäure) mit der starken Base KOH (Kaliumhydroxid).
HNO3 + KOH --> H2O + KNO3
In diesem Beispiel ist KNO3 das Salz, sodass wie erwartet Wasser und ein Salz gebildet werden. Diese Reaktion findet in Wasser statt, daher wird das Salz höchstwahrscheinlich nicht miteinander verbunden, sondern als Ionen im Wasser getrennt.
Die vollständige ionische Gleichung
Tatsächlich schreiben Chemiker eine sogenannte vollständige Ionengleichung, um zu zeigen, welche Chemikalien dissoziiert sind:
H+ (wässrig) + NO3- (wässrig) + K+ (wässrig) + OH- (wässrig) --> H2O (l) + K+ (wässrig) + NO3- (wässrig)
Diese lange Gleichung zeigt, dass die starke Säure und die starke Base im Wasser dissoziiert sind („aq“ steht für wässrig) und es wird Wasser gebildet, wobei noch Kalium- (K+) und Nitrat- (NO3-) Ionen im Wasser.
Die Nettoionengleichung
Dies führt zu einer weiteren interessanten Frage: Wie entsteht ein Salz? In diesem Fall ist es das nicht. Die Ionen, die das Salz bilden würden, sind vorhanden, aber in der vorliegenden Form haben sie das Salz nicht gebildet. Chemiker schreiben also die sogenannte Nettoionengleichung, um zu zeigen, was wirklich passiert ist:
H+ (wässrig) + OH- (wässrig) --> H2O (l)
Dies sagt uns, dass die einzig wahre Reaktion dieses Beispiels die Bildung von Wasser ist. Die Ionen K+ und NO3- haben nichts bewirkt, daher werden sie aus der Nettoionengleichung herausgelassen.
Erschwerende Neutralisation durch Stöchiometrie
Was wäre, wenn Sie am Ende nur die Produkte haben wollten – Salz und Wasser – und sicher sein wollten, dass alle Säuren und Basen weg waren? Dies wird ein stöchiometrisches Problem. Ohne Zugabe von genügend Base bleibt bei der Reaktion Säure übrig. Die Säure ist kein Produkt, sondern wird den Produkten beigemischt. Ebenso würde eine zu geringe Säurezugabe zu einer Restmenge an Base führen, die wiederum mit den Produkten vermischt würde. Mathematisch können Sie berechnen, wie viel Säure Sie mit einer bestimmten Menge Base mischen sollten, um eine vollständige Neutralisation zu erreichen.
Schwache Säuren, schwache Basen und Gasbildung
Was ist, wenn die Säure oder Base (oder beides) nicht „stark“ ist? Da es viele schwache Säuren und Basen gibt, dissoziieren sie nur sehr wenig, wenn sie in Wasser gemischt werden. Einfach ausgedrückt findet immer noch eine Neutralisation statt (Bildung von Wasser und einem Salz), aber wenn wir darüber hinausgehen, einfach Aussage finden wir, dass sich die vollständigen Ionen- und Netto-Ionengleichungen stark von einer starken Säure/starken Base unterscheiden Reaktion.
Es gibt noch eine weitere Komplikation: Was ist, wenn eine Säure mit etwas wie NaHCO3 vermischt wird? Betrachten Sie die bekannte Reaktion, die stattfindet, wenn Sie Backpulver (NaHCO3) mit saurem Essig mischen. Es entsteht ein Gas. Es findet eine Neutralisation statt, aber die Produkte sind nicht mehr nur Wasser und ein Salz.
Schauen Sie sich zum Beispiel Salzsäure und Backpulver an:
HCl + NaHCO3 --> NaCl + H2O + CO2
Die Produkte sind nicht nur ein Salz (NaCl) und Wasser (H2O), sondern auch ein Gas (CO2).
Fazit
Es gibt keine einfache Lösung für das Problem, welche Produkte man beim Mischen einer Säure mit einer Base erhält. Das Endergebnis des Mischens und Säuren mit einer Base hängt davon ab, welche Säure und Base verwendet werden und wie viel Säure und Base Sie verwenden. Die Stärke oder Schwäche der Säure und Base beeinflusst auch die Reaktionsprodukte. Im Allgemeinen führen diese Reaktionen zur Bildung eines Salzes plus Wasser und manchmal eines Gases.
