1. Bildung und Eigenschaften saurer Lösungen

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Urheber: Yasemin Jacobs

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1. Bildung und Eigenschaften saurer Lösungen

Säuren und saure Lösungen in Alltag und Haushalt
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Videolehrer - Einleitung in das Thema
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In der Natur

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Die Natur ist reich an verschiedenen Säuren und sauren Lösungen, die in verschiedenen Organismen vorkommen. Ein Beispiel dafür ist die Ameisensäure, die in Brennnesseln und anderen Pflanzen vorkommt.

In Lebensmitteln

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Zitronen enthalten Zitronensäure

Säuren bzw. saure Lösungen sind auch in vielen Lebensmitteln enthalten. So spielen z. B. Zitronensaft und Essig eine wichtige Rolle in der Küche und bei der Herstellung von Lebensmitteln. Sie verleihen vielen Gerichten einen sauren Geschmack und können auch zur Konservierung und Verfeinerung von Speisen verwendet werden.

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Viele Süßigkeiten enthalten Zitronensäure

Die in manchen Lebensmitteln enthaltene Zitronensäure ist eine natürliche Säure, die in allen Zitrusfrüchten wie Zitronen vorkommt. Sie wird häufig als Säuerungsmittel in Süßigkeiten verwendet. Darüber hinaus wird sie auch in einigen Lebensmitteln zur Konservierung eingesetzt, um ihre Haltbarkeit zu verlängern.

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Verschiedene Hülsenfrüchte: Kichererbsen, verschiedene Sorten Bohnen und verschiedene Sorten Linsen

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Eingelegtes Gemüse

Beim Kochen von Hülsenfrüchten wie Linsen kann das Hinzufügen von Säuren und sauren Lösungen, wie beispielsweise Zitronensaft oder Essig, helfen, die Kochzeit zu verkürzen. Darüber hinaus verleiht die saure Lösung der Linsensuppe auch einen angenehmen Geschmack.

Essigsäure kann auch dazu beitragen, Lebensmittel zu konservieren, das bedeutet, sie länger haltbar zu machen.

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Sprudelwasser enthält Kohlensäure

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Zu Hause kann man Sprudelwasser mit einem Sprudelgerät herstellen. Hier wird durch Einpressen von Kohlenstoffdioxid in das Wasser die Kohlensäure in das Wasser eingebracht.

Die Herstellung von Sprudelwasser und anderen sprudelnden Getränken beinhaltet den Einsatz von Kohlenstoffdioxid. Das Kohlenstoffdioxidgas wird unter Druck in das Wasser eingepresst, um die sprudelnde Wirkung zu erzeugen. Dies macht das Wasser erfrischend und angenehm zu trinken. Viele Menschen genießen das Prickeln auf der Zunge, das durch die Anwesenheit von Kohlensäure zustande kommt, die beim Lösen des Kohlenstoffdioxids in Wasser entsteht.

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Es ist wichtig zu beachten, dass der Einsatz von Säuren und sauren Lösungen in der Küche mit Bedacht erfolgen sollte. Zu viel davon kann den Geschmack eines Gerichts überwältigen und die empfindlichen Geschmacksnuancen anderer Zutaten beeinträchtigen. Daher ist es ratsam, Säuren und saure Lösungen sparsam zu verwenden und sie sorgfältig abzuschmecken, um das gewünschte Geschmackserlebnis zu erzielen. Eine übermäßige Aufnahme von z. B. Essig oder Zitronensaft kann zu Reizungen und Schäden in der Mundhöhle führen. Die in Essig und Zitronensaft enthalten Säuren können die empfindliche Schleimhaut im Mund reizen und zu Schäden führen. Dies führt im Mund zu einem brennenden oder prickelnden Gefühl, zu Rötungen oder Schmerzen.

Im Haushalt

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Verschiedene Sorten Essigreiniger

Säuren bzw. saure Lösungen finden nicht nur in der Küche Verwendung, sondern auch im Haushalt zur Reinigung und Entkalkung: Zitronensäure und Essig finden in vielen Haushaltsreinigern Verwendung. Ihre sauren Eigenschaften machen sie wirkungsvoll bei der Entfernung von Kalkablagerungen. Sie können verwendet werden, um Kaffeemaschinen, Wasserkocher, Waschmaschinen und Geschirrspüler zu entkalken. Sie können auch verwendet werden, um Kalkablagerungen an Armaturen, Spülen und Duschköpfen zu entfernen.

Sicherer Umgang mit Haushaltschemikalien

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Dieses Gefahrstoffsymbol zeigt, dass es sich um einen ätzenden Stoff handelt.

Beim Umgang mit Säuren bzw. sauren Lösungen im Haushalt ist es wichtig, Vorsichtsmaßnahmen zu treffen. Sie können ätzend sein und Hautreizungen oder Verletzungen verursachen. Es ist ratsam, Handschuhe zu tragen und die Anweisungen auf den Reinigungsmitteln sorgfältig zu befolgen. Zudem sollten Säuren und saure Lösungen nicht auf empfindlichen Oberflächen wie Marmor oder Granit verwendet werden, da sie diese beschädigen können. Es ist ratsam, die Verträglichkeit der Säuren und sauren Lösungen auf den zu reinigenden Oberflächen zu überprüfen und gegebenenfalls weitere Informationen einzuholen oder alternative Reinigungsmittel zu verwenden.
Ob es sich bei einer Chemikalie um einen Gefahrstoff handelt und welche Gefahren von dieser ausgehen, kann man an den Gefahrstoffsymbolen auf der Verpackung ablesen. Die folgende Übersicht hilft dir die Symbole zu verstehen.

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Gefahrstoffsymbole auf Reinigungsmitteln und anderen Haushaltschemikalien
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Jetzt bist du dran

Gefahrstoffsymbole-Memory

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Ätzende Eigenschaften von Säuren und sauren Lösungen

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Säuren und saure Lösungen können ätzende Wirkungen auf die Haut haben. Wenn sie mit der Haut in Kontakt kommen, können sie verschiedene Schäden verursachen:

  • Zunächst einmal können Säuren die äußere Schutzschicht der Haut angreifen und zerstören. Diese Schutzschicht besteht aus einer dünnen Schicht von natürlichen Ölen und Feuchtigkeit, die die Haut vor dem Austrocknen und dem Eindringen von Fremdstoffen schützt. Wenn Säuren diese Schutzschicht entfernen, kann die Haut trocken, rissig und anfällig für Infektionen werden.
  • Darüber hinaus können Säuren mit den Eiweißen in der Haut chemisch reagieren, was zu Gewebeschäden führt. Dies kann zu Schmerzen, Rötungen, Schwellungen und Blasenbildung auf der Haut führen. In schweren Fällen können tiefe Gewebeschäden, Geschwüre und Narbenbildung auftreten.

Es ist wichtig zu beachten, dass die Wirkungen von Säuren und sauren Lösungen von ihrer Konzentration und Art abhängen. Einige Säuren sind stärker ätzend als andere. Chemikalien wie Schwefelsäure und Salzsäure können besonders gefährlich sein und schnell schwere Verletzungen verursachen.

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Die sichere Aufbewahrung von Reinigungsmitteln ist besonders wichtig, wenn kleine Kinder im Haushalt sind. Indem du Sicherheitsmaßnahmen beachtest, trägst du dazu bei, das Risiko von Unfällen mit Reinigungsmitteln im Haushalt zu minimieren und die Sicherheit von Kindern zu gewährleisten. Hier sind einige Empfehlungen, wie Reinigungsmittel kindersicher aufbewahrt werden können:

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Kindersicherer Umgang mit Haushaltschemikalien

Weitere Säuren und ihre sauren Lösungen

Steckbriefe erstellen

Im folgenden Video erläutert dir dein Videolehrer, wie du einen Steckbrief erstellst.

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Fachmethode (Videolehrer)

Steckbriefe erstellen

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Hier kannst du einen Muster-Steckbrief einsehen:

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Muster-Steckbrief

Citronensäure

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Jetzt bist du dran!

Erstelle nun selbst einen Steckbrief zu Salzsäure!

Bist du eine Hauptschülerin oder Hauptschüler? Dann bearbeite die folgende Aufgabe. Eine vertiefende Version der Aufgabe für Realschülerinnen und Realschüler findet sich im Anschluss daran.

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Aufgabe:

einen Steckbrief zu Salzsäure erstellen

Erstelle in zwei Schritten einen Steckbrief zu Salzsäure, indem du die rechts stehenden Begriffe an die richtige Position ziehst.

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Aufgabe für Realschülerinnen und Realschüler

Nachdem du gerade – noch mit etwas Unterstützung – einen Steckbrief zu Salzsäure erstellt hast, gilt es nun, selbst einen anzufertigen:

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Aufgabe

Einen Steckbrief zu Schwefelsäure erstellen

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Erstelle einen Steckbrief zu Schwefelsäure in dein Heft bzw. deinen Hefter. Nutze dazu den Informationstext Schwefelsäure.

Ergänze ggf. durch Informationen aus deiner Formelsammlung.

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Vertiefung für Realschülerinnen und Realschüler

Steckbriefe erstellen: Essigsäure, Kohlensäure und Phosphorsäure

Steckbrief Essigsäure

Erstelle einen Steckbrief mit allen Angaben zu Eigenschaften und Verwendung von Essigsäure, die du dem folgenden Zeitschriftenartikel entnehmen kannst: Austritt von Essigsäure in US-Chemiewerk.

Steckbrief Kohlensäure

Erstelle einen Steckbrief zur Kohlensäure nach folgendem Schema:

  • Name:
  • Formel:
  • Vorkommen:
  • Eigenschaften:
  • Verwendung:

Recherchiere dazu im Internet und nutze deine Formelsammlung bzw. dein Tafelwerk.

Im folgenden Steckbrief haben sich einige Fehler eingeschlichen!

Eigenschaften von Säuren und ihrer wässrigen Lösungen

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Löslichkeit von Säuren in Wasser

Lösen von Citronensäure in Wasser

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Beispiel eines Anwendungshinweises auf einer Packung Citronensäure

Um einen Wasserkocher zu entkalken, verwendet man im Haushalt z. B. Citronensäure. Bevor man einen Wasserkocher mit Citronensäure entkalken kann, muss man diese in Wasser lösen. Für den folgenden Versuch wird gemäß der Anleitung eine Citronensäure-Lösung hergestellt: In ca. 200 ml Wasser werden 12 g Citronensäure gegeben. Der Feststoff Citronensäure löst sich nach Umrühren vollständig im Wasser. Es entsteht eine farblose, klare Citronensäure-Lösung.

Aufgabe

Mischungsverhältnis von Citronensäure und Wasser

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Aufgabe zum Video "Lösen von Citronensäure in Wasser"
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? leicht mittel schwierig
leicht mittel schwierig
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Elektrische Leitfähigkeit saurer Lösungen

Leitfähigkeit von Citronensäure und einer sauren Lösung von Citronensäure in Wasser

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Materialien für die Prüfung der Leitfähigkeit

Wenn eine Flüssigkeit elektrisch leitfähig ist, bedeutet das, dass sie den elektrischen Strom weiterleitet. Daher kann man mit einem einfachen Stromkreis, der eine Lampe und zwei Elektroden enthält, die Leitfähigkeit von Stoffen prüfen. Die eine Elektrode ist dabei mit dem Pluspol, die andere mit dem Minuspol einer Spannungsquelle verbunden. Die Elektroden werden in die zu prüfende Flüssigkeit gehalten. Wenn die Flüssigkeit eine elektrische Leitfähigkeit aufweist, so leuchtet das Lämpchen. 
Die Abbildung zeigt die Materialien für einen solchen Versuch.

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? Grundinformationen: Erklärung der elektrischen Leitfähigkeit auf der Teilchenebene Animation zur Leitfähigkeit Aufgabe Musterlösung zur Aufgabe

Die Ursache der Leitfähigkeit sind frei bewegliche, positiv und negativ geladene Ionen in der sauren Lösung. Diese saure Lösung entsteht, wenn Säure in Wasser gelöst wird. Dabei spaltet sich die Säure in zwei Ionen auf: das Wasserstoff-Ion H+ und das Säurerest-Ion

Zwischen den Elektroden eines Leitfähigkeitssensors entsteht bei anliegender Spannung ein elektrisches Feld. In diesem Feld können sich das Wasserstoff-Ion und das Säurerest-Ion frei bewegen:

  • Die positiv geladenen Wasserstoff-Ionen werden von der negativen Elektrode angezogen und wandern daher zu dieser. 
  • Die negativ geladenen Säurerest-Ionen hingegen werden von der positiv geladenen Elektrode angezogen. 

Die Ionen sorgen durch ihre Bewegung so für einen Stromfluss.

Allgemein leiten alle Lösungen, die Ionen enthalten, den elektrischen Strom. Dies soll die untenstehende Animation am Beispiel der Leitfähigkeit einer Natriumhydroxid-Lösung verdeutlichen:

Auch saure Lösungen enthalten Ionen und leiten demzufolge den elektrischen Strom.
Überlege dir, welche Ionen in einer Salzsäure-Lösung vorliegen und wie sich diese in einem elektrischen Feld bewegen würden (siehe dir hierzu ggf. die Grundinformationen im ersten Tab erneut an). Gehe dann zur Aufgabe im dritten Tab!

Aufgabe

Zeichne nun ein modellhaftes Bild von den Vorgängen einer Salzsäure-Lösung, wenn ein elektrisches Feld angelegt wird. Dazu kannst du dich an der Animation orientieren. Überlege dazu, welche Ionen in der Salzsäure-Lösung vorliegen und beschrifte die Ionen neu!
Um die Bewegungsrichtung der Ionen darzustellen, kannst du 

  1. entweder den Anfangszustand (so wie im ersten Bild der Schiebereglersequenz der Animation) zeichnen und die Bewegungsrichtung durch Pfeile einzeichnen
    oder
  2. du zeichnest bezogen auf den Anfangszustand einen späteren Zeitpunkt (ähnlich dem 2., 3. oder 4. Bild der Schiebereglersequenz) mit "neuen" Positionen der Ionen.

Vergleiche deine modellhafte Zeichnung mit der Musterlösung!

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Lösungsvorschlag 1

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Lösungsvorschlag 2a
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Lösungsvorschlag 2b
Grundinformationen: Erklärung der elektrischen Leitfähigkeit auf der Teilchenebene Animation zur Leitfähigkeit Aufgabe Musterlösung zur Aufgabe
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Zusatzwissen

Digitale Messwerterfassung – Leitfähigkeitssensor

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Farbreaktion saurer Lösungen mit Unitest

Nachweis von Wasserstoff-Ionen

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Mit Unitest können Wasserstoff-Ionen (H+) nachgewiesen werden: Der Unitest färbt sich rot.

In der Chemie bezeichnet man als Unitest einen pH-Indikator, der für einen sehr weiten Bereich pH-Werte durch Farbumschläge den pH-Wert erkennbar macht. Säuren färben Unitest rot. Eine vollständige Farbskala für den pH-Wert-Bereich von 0–14 ist in der folgenden Abbildung dargestellt. 

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https://www.mundizio.de/blog/wissenswertes/wie-waehle-ich-den-richtigen-ph-wert

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pH-Wert-Skala des Universalindikators mit Alltagsbeispielen

Mit Unitest oder Universalindikator kann sogar eine Aussage darüber getroffen werden, wie hoch die Konzentration an Wasserstoff-Ionen in einer Lösung ist. Ein Maß dafür ist der pH-Wert. Ist der pH-Wert niedrig (z. B. 1), so liegen viele Wasserstoff-Ionen in der Lösung vor, ist der pH-Wert höher (z. B. 5) liegen entsprechend weniger Wasserstoff-Ionen vor. Bei einem pH- Wert von 7 ist die Anzahl der Wasserstoff-Ionen gleich der Anzahl der Hydroxid-Ionen, so dass hier von einer neutralen Lösung gesprochen wird. Neutrale Lösungen weisen weder saure, noch basische Eigenschaften auf. Oberhalb von pH 7 spricht man von basischen (alkalischen) Lösungen.

Der pH-Wert kann mithilfe von pH-Indikatorpapier (Unitestpapier), eines flüssigen pH-Indikators (z. B. Universalindikator oder Unitestlösung), mit pH-Indikatorteststreifen oder mit einem pH-Messgerät bestimmt werden.
Welche Methode zur Bestimmung eingesetzt wird, hängt von der gewünschten Genauigkeit und dem Anwendungsbereich ab:

  • Unitest erlaubt nur eine ungenaue Bestimmung, mit einer digitalen Messwerterfassung steht eine genauere Bestimmung zur Verfügung, die auch die ersten beiden Nachkommastellen des pH-Wertes mit anzeigen.
  • Soll eine pH-Kontrolle oder die pH-Änderung über bestimmte Zeiträume erfasst werden sollen, bietet sich eine digitale, automatisierte pH-Wert-Erfassung an.
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Zusatzwissen

Digitale Messwerterfassung – pH-Sensor

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Jetzt bist du dran!

Alternative Möglichkeiten der pH-Wert-Bestimmung

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Aufgabe pH-Farbskala

Sieh dir die pH-Farbskala von Unitest an. Ordne anschließend die Lösungen in aufsteigender Reihenfolge, indem du die Bilder an ihren jeweiligen Platz auf der Skala ziehst. Bestimme anschließend, ob es sich um eine saure, neutrale oder basische Lösung handelt, indem du die Begriffe unter der Skala zuordnest.

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Vertiefung für Realschülerinnen und Realschüler

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Merkwissen – Hefteintrag

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Übernimm die folgenden Informationen unter der Überschrift "Eigenschaften von Säuren und ihren wässrigen Lösungen" in dein Heft bzw. deinen Hefter! 

Alle Säuren sind in wasserlöslich. Die wässrigen Lösungen der Säuren werden saure Lösungen genannt.
Die sauren Eigenschaften dieser Lösungen werden durch das H+-Ion hervorgerufen. H+-Ionen können mit Unitest nachgewiesen werden (Unitestfarbe Orange = schwach sauer; Unitestfarbe Rot = stark sauer).
Saure Lösungen leiten den elektrischen Strom, da saure Lösungen frei bewegliche Ionen (Wasserstoff-Ionen und Säurerest-Ionen) enthalten.
Der pH-Wert ist eine Zahlenangabe zur Unterscheidung von sauren, basischen und neutralen Lösungen. Auf die Zahl eines pH-Werts kann aus der Farbveränderung des Indikators geschlossen werden.