Säuren und Basen

Beobachtung

Nach einiger Zeit erlöschen die Teelichte. Nach und nach färbt sich der Bromthymolblau-Indikator gelb.

CC-BY-NC 4.0 / Joachim Herz Stiftung; Sarah Brauns

Ergebnis

Wenn die Kerze brennt, reagiert das Kerzenwachs mit dem Sauerstoff aus der Luft in  der pneumatischen Wanne zu Kohlenstoffdioxid und Wasser.

Kohlenstoffdioxid steht mit dem Wasser in der pneumatischen Wanne im Gleichgewicht zu den Hydrogencarbonat- und Oxonium-Ionen.

$\ce{CO2 + 2 H2O <=> HCO3^- + H3O^+}$

Hydrogencarbonat und Wasser stehen im Gleichgewicht zu Carbonat- und Oxonium-Ionen.

$\ce{HCO3^- + H2O <=> CO3^2- + H3O^+}$

Diese Reaktionen beschreiben das Gleichgewicht des Kohlenstoffdioxids mit der Kohlensäure (Dihydrogencarbonat, $\ce{H2CO3}$). Die Kohlensäure – genauer die Oxonium-Ionen – sind für den sauren Charakter der Lösung verantwortlich.

Kohlenstoffdioxid aus der Luft steht teilweise im Gleichgewicht zu Kohlenstoffdioxid, das im Wasser der Ozeane gelöst ist:
$\ce{CO2_(_g_) <=> CO2_(_a_q_)}$

Das gelöste Kohlenstoffdioxid wird von den Pflanzen im Prozess  der Photosynthese zusammen mit Wasser zu Glucose und Sauerstoff umgesetzt:
$\ce{6H2O + 6CO2 -> C6H12O6 + 6O2}$

Der andere Anteil des Kohlenstoffdioxids reagiert mit dem Wasser und steht im Gleichgewicht zum Dihydrogencarbonat (Kohlensäure).
$\ce{CO2 + H2O <=> H2CO3}$

Dabei reagieren das Kohlenstoffdioxid und Wasser zuerst zu Hydrogencarbonat- und Oxonium-Ionen sowie danach weiter zu Carbonat- und Oxonium-Ionen:
$\ce{CO2 + 2 H2O <=> HCO3^- + H3O^+}$
$\ce{HCO3^- + H2O <=> CO3^2- + H3O^+}$

Calciumcarbonat, welches du als wasserunlöslichen Kalk kennst und woraus Korallen und Krustentiere bestehen, reagiert mit den Oxonium-Ionen und steht im Gleichgewicht zu gelösten Calcium-Ionen, gelösten Hydrogencarbonat-Ionen und Wasser.
$\ce{CaCO3 + 2 H3O^+ + CO3^2- <=> Ca^2+ + 2 HCO3^- + 2 H2O}$

Für mehr Informationen schaue dir das Video in der Aufgabe zu dem Versuch „Saure Lösungen herstellen“ an.

Der Klimawandel wird unter anderem durch einen hohen Ausstoß von Kohlenstoffdioxid angetrieben. Wenn die Menge an Kohlenstoffdioxid in der Luft größer wird, verlagert sich das Gleichgewicht mit dem Kohlenstoffdioxid, das im Wasser gelöst ist und mit dem Wasser reagiert. Reagiert mehr Kohlenstoffdioxid mit dem Wasser zur Kohlensäure, sinkt der pH-Wert des Wassers der Ozeane. Dabei erhöht sich die Menge bzw. Konzentration der Oxonium-Ionen. Diese Oxonium-Ionen reagieren mit dem Calciumcarbonat, aus dem die Krustentiere bestehen. Je mehr Calciumcarbonat sich als Hydrogencarbonat im Wasser löst, desto dünner werden die Schalen der Krustentiere. Auch die Korallen lösen sich nach und nach in dem Wasser. Ab einer bestimmten Konzentration an Oxonium-Ionen bzw. einem bestimmten pH-Wert im sauren Bereich sind Krustentiere und Korallen nicht mehr überlebensfähig.