Carbonsäuren

Dass du mit Essig- oder Citronensäure im Haushalt den verkalkten Wasserkocher oder Wasserhahn reinigen kann, konntest du vielleicht schon in einigen anderen Artikeln lesen. Aber weißt du auch, dass Kalk dabei nicht einfach wie durch Zauberhand verschwindet bzw. einfach "aufgelöst" wird?

Bei chemischen Reaktionen werden Stoffe immer in andere Stoffe umgewandelt, auch wenn du die Reaktionsprodukte nicht mehr direkt sehen kannst. Bei der Entkalkung mit einer Carbonsäure, entsteht ein wasserlöslisches Salz, welches nach dem Putzen anders als der Kalk einfach weggespült werden kann. Daneben gibt es noch weitere Reaktionen, bei denen Salze der Carbonsäuren entstehen. Darüber kannst du in diesem Artikel mehr lernen.

Benennung der Salze und Ester der Carbonsäuren

Die Carbonsäuren sind aufgrund Ihrer Carboxy-Gruppe (\( \ce {-COOH}\)) sehr reaktionsfreudig und gehen mit anderen Stoffen vielfältige Reaktionen ein. Dabei entstehen als Reaktionsprodukte u.a. Salze und Ester. Diese haben je nach Carbonsäure unterschiedliche Namen (Abb. 1).

Die Carbonsäuren zeigen dabei die gleichen typischen Salzbildungsreaktionen, die du bereits von den Säuren aus der Anorganischen Chemie, wie z.B. der Salzsäure, kennst. Im Folgenden kannst du etwas über die drei verschiedenen Salzbildungsreaktionen der Carbonsäuren lernen.

Reaktion mit einer basischen Lösung (Neutralisationsreaktion)

Carbonsäuren reagieren mit Basen unter Abspaltung des Protons der Carboxy-Gruppe zum entsprechenden Salz und Wasser. Diese Reaktionen sind exotherm.

Beispielsweise reagiert Butansäure mit Natronlauge zu dem Salz Natriumbutyrat und Wasser.

Butansäure + Natriumhydroxid → Natriumbutyrat + Wasser

\( \ce {CH3-CH2-CH2-COOH(aq) + NaOH(aq)}\rightarrow\ce{CH3-CH3-CH3-COO-(aq) + Na+(aq) + H2O(l)}\)

formulatehealth, CC BY 2.0, via Wikimedia Commons (cropped from original)

Butyrate werden beispielsweise im Darm gebildet. Ein Mangel steht in Zusammenhang mit verschiedenen Erkrankungen, weshalb diese Salze in Nahrungsergänzungsmitteln Verwendung finden (Abb. 1).

Reaktion mit einem unedlen Metall bzw. Metalloxid

André Karwath aka Aka, CC BY-SA 2.5, via Wikimedia Commons

Carbonsäuren reagieren mit unedlen Metallen und Metalloxiden zum entsprechenden Salz und Wasserstoff bzw. Wasser.

Zum Beispiel reagiert Propansäure mit dem Metall Zink zu dem Salz Zinkpropionat und Wasserstoff.

Propansäure + Zink → Zinkpropionat + Wasserstoff

\( \ce {2 CH3-CH3-COOH(aq) + Zn(s)}\rightarrow\ce{2 CH3-CH3-COO-(aq) + Zn^2+(aq) + H2(g)}\)

Propansäure + Zinkoxid → Zinkpropionat + Wasser

\( \ce {2 CH3-CH3-COOH(aq) + ZnO(s)}\rightarrow\ce{2 CH3-CH3-COO-(aq) + Zn^2+(aq) + H2O(l)}\)

Da Säuren auf diese Weise unedle Metalle zersetzen, wickeln viele Menschen säurehaltige Lebensmittel (Abb. 2), wie aufgeschnittenes Obst nicht in Alufolie ein. Die Reaktion ist zwar nicht so heftig, wie mit anderen unedleren Metallen oder stärkeren Säuren und damit nicht sofort sichtbar, aber ein kleiner Teil des Aluminiums wird dabei in ein wasserlösliches Aluminiumsalz umgesetzt. Die entstandenen Aluminium-Ionen stehen in Verdacht Krankheiten, wie Alzheimer, zu verursachen und sollten daher nicht in den Körper gelangen. Zudem ist Aluminium ein wertvoller Rohstoff, mit dem wir ohnehin sparsam umgehen sollten.

Reaktion einer Säure mit einem Salz (Verdrängungsreaktion)

Eine stärkere Säure kann ein Salz einer schwächeren Säure "angreifen" und somit ein neues Salz bilden. Auf diese Weise lässt sich z.B. das schwerlösliche Salz Calciumcarbonat (Kalk) mit Essigsäure in das lösliche Salz Calciumacetat umwandeln und damit Verkalkungen reinigen. Calciumcarbonat ist das Salz der schwachen Kohlensäure. Mit der mittelstarken Essigsäure findet also folgende Reaktion statt:

Essigsäure + Calciumcarbonat →  Calciumacetat + Wasser + Kohlenstoffdioxid

\( \ce {2 CH3-COOH(aq) + CaCO3(s)}\rightarrow\ce{2 CH3-COO-(aq) + Ca^2+(aq) + H2O(l) + CO2(g)}\)

Ob eine Säure stärker oder schwächer ist, hängt davon ab, ob sie in Wasser vollständig dissoziiert oder nicht. Der sogenannte pKs-Wert ist ein Maß dafür. Falls dich dieses Thema interessiert, kannst du in den verlinkten Artikeln weiterlesen.