Aus dem Einführungsartikel zu den Säuren und Basen ist dir schon eine Neutralisationsreaktion bekannt. Wenn du für einen Kuchen in deinen Teig Backpulver und Zitronensaft gibst, findet beim Backen eine Reaktion statt. Das Backpulver ist Natriumhydrogencarbonat und stellt eine Base dar. Der Zitronensaft ist eine saure Lösung. Zusammen reagieren die Stoffe zu einem Salz, Wasser und dem Gas Kohlenstoffdioxid. Durch dieses Gas wird dein Kuchen schön fluffig. Was bei einer Neutralisation passiert, erfährst du in diesem Beitrag.
Säuren und Basen reagieren in einer Neutralisation zusammen
In dem Video (Abb. 1) kannst du mithilfe eines Indikators die Veränderung des pH-Werts beobachten, wenn du Salzsäure-Lösung und Natronlauge mischst. Eine rote Färbung des Universalindikators bedeutet, dass die Lösung sauer ist. Wenn der Universalindikator blau ist, ist die Lösung basisch und bei gelb ist die Lösung neutral.
In dem Versuch (Abb. 1) kannst du durch die gelbe Indikatorfärbung erkennen, dass bei der Reaktion von Salzsäure-Lösung mit Natronlauge eine Neutralisation stattfindet. Die Salzsäure-Lösung im Video hat einen pH-Wert von 0 (rot). Die Natronlauge hingegen hat einen pH-Wert von 14 (blau). Zusammen ergeben sie in einem passenden Mischungsverhältnis eine Lösung mit dem pH-Wert 7 (gelb).
Die neutrale Lösung ist weder sauer noch basisch
Eine neutrale Lösung zeigt weder die Eigenschaften einer sauren noch einer basischen Lösung. Der neutrale Charakter der Lösung ist vergleichbar mit reinem Wasser. In der neutralen Lösung liegen die Oxonium- und Hydroxid-Ionen wie beim Wasser im Gleichgewicht vor, bei dem weder die einen noch die anderen Ionen im Überschuss vorliegen. Die Konzentration von Oxonium- und Hydroxid-Ionen ist hier also identisch.
$\ce{2 H2O <<=> H3O+ + OH-}$
Wenn Oxonium- und Hydroxid-Ionen im Gleichgewicht wie bei Wasser stehen
In der folgenden Animation (Abb. 2) kannst du sehen, was auf der Teilchenebene stattfindet, wenn Säuren und Basen miteinander reagieren.
1. Säure wird zugegeben – saure Lösung
Gibst du eine Säure in eine neutrale wässrige Lösung, überwiegt in der nun sauren Lösung die Konzentration der Oxonium-Ionen. In der Animation geben wir Salzsäure ($\ce{HCl}$) zu Wasser ($\ce{H2O}$), wobei eine wässrige salzsaure Lösung entsteht. Nun überwiegen die Oxonium-Ionen ($\ce{H3O+}$), die du als Protonen ($\ce{H+}$) erkennst.
2. Natronlauge wird zugegeben - Neutralisationreaktion
Als nächstes geben wir in die saure Lösung Natronlauge ($\ce{NaOH}$). Die Hydroxid-Ionen ($\ce{OH-}$) und Oxonium-Ionen ($\ce{H3O+}$) reagieren miteinander. Durch Protonenübergänge zwischen diesen beiden Ionensorten bilden sich Wassermoleküle.
$\ce{H3O+ + OH- <=>> 2 H2O}$
Durch diese Reaktion verringert sich mit Zugabe der Hydroxid-Ionen, die Konzentration der Oxonium-Ionen.
3. Neutrale Lösung
Durch weitere Zugabe von Natronlauge wird dieser Prozess fortgesetzt. Erst nach und nach verringert sich die Konzentration der Oxonium-Ionen, weil es durch die Zugabe von Natronlauge zu einer steten Steigerung der Konzentration von Hydroxidionen kommt. Nimmt die Konzentration der Oxonium-Ionen ab, so steigt der pH-Wert und nimmt zu einem bestimmten Zeitpunkt einen pH-Wert von 7 an. Zu diesem Zeitpunkt haben wir nun eine neutrale Lösung vorliegen.
4. Natronlauge wird weiterhin zugegeben – alkalische Lösung
Geben wir weiterhin Natronlauge in die Lösung, überwiegt die Konzentration der Hydroxid-Ionen, die Konzentration an Oxonium-Ionen. Der pH-Wert steigt weiter an. Bei einem pH-Wert von 14 liegen keine Oxonium-Ionen mehr vor, die Protonen an die Hydroxid-Ionen abgeben können.
5. Salzlösung als Reaktionsprodukt
Die Anionen der sauren (hier die Chlorid-Ionen ($\ce{Cl-}$) und die Kationen der basischen Lösung (hier die Natrium-Ionen ($\ce{Na+}$) sind an der Neutralisations-Reaktion nicht beteiligt. Sie liegen unverändert in der Lösung vor. Das Produkt einer Neutralisation ist also eine Salzlösung.
Hydrogenchlorid- und Natriumhydroxid-Lösung reagieren zu Natriumchlorid und Wasser.
$\ce{HCl + NaOH -> Na^+_{(aq)} + Cl^-_{(aq)} + H2O_{(l)}}$
Auch andere Säuren und Basen reagieren in einer Neutralisations-Reaktion miteinander. So reagieren z. B. eine Natriumhydroxid- und eine Salpetersäure-Lösung zu einer Natriumnitrat-Lösung.
$\ce{NaOH + HNO3 -> Na+_{(aq)} + NO3-_{(aq)} + H2O_{(l)}}$
Zusammenfassung
Bei der Neutralisation reagieren eine Säure und eine Base zu einer neutralen Salz-Lösung. Bei der Neutralisations-Reaktion finden Protonenübertragungen von den Oxonium-Ionen zu den Hydroxid-Ionen statt. Dabei entstehen Wasser-Moleküle. Die Anionen der sauren und Kationen der basischen Lösung sind nicht an der Neutralisations-Reaktion beteiligt.
Aufgabe
Aufgabe
Finde in deinem Alltag weitere Neutralisationsreaktionen und beschreibe, was bei den Reaktionen jeweils stattfindet.