Säuren – Die chemische Verbindung

Säuren sind nichts anderes als chemische Verbindungen. Sie können Protonen an einen Reaktionspartner übertragen. Die Bildung von Oxonium-Ionen schreitet voran wodurch der pH-Wert gesenkt wird. Basen sind das Gegenstück zu Säuren und neutralisieren diese. 

 

Die Entwicklung:

Säuren, welche in der Alchemie als Urstoff  galten, waren etwas Essigartiges. Auch die älteste bekannte Säure war Essig. Diese ist eine etwa fünfprozentige wässrige Lösung der Verbindung Essigsäure. Eine Ursäure, welche in unterschiedlichen Substanzen Wirkung zeigt, ist für die sauren Eigenschaften verantwortlich. Säuren eine ätzende Wirkung und sind in ihrem Geschmack säuerlich. Bis zum Ende des 13. Jh. waren als Säuren nur Essig und andere Pflanzensäfte bekannt. Mit der Zeit fand man einiges über die anorganischen Säuren, welche man auch als Mineralsäuren bezeichnet,  heraus. Im 17. Jh verwendeten einige Alchimisten den wichtigsten Begriff Base als phänomenologisches Gegenstück zu Säuren. Die nichtflüchtige Grundlage zur Fixierung flüchtiger Säuren bildeten basische Stoffe, welche die ätzende Wirkung von Säuren aufhoben. A.L. Lavoisier wies im 18. Jahrhundert bestimmten chemischen Verbindungen bestimmte Eigenschaften zu. Dies war ein großer Fortschritt im Bereich der Chemie.  Basen definierte S. Arrhenius im Jahre 1887 als Stoffe, die beim Auflösen im Wasser unter Abgabe von Hydroxidionen dissoziieren, während er Säuren als Stoffe definierte welche beim Auflösen im Wasser unter Abgabe von Protonen und Basen dissoziieren. Werden Säuren und Basen zusammengemischt findet eine Neutralisierung unter Bildung von Wasser statt.

 

Technisch wichtige Säuren:

Die weltweit am häufigsten hergestellten Säuren sind Schwefelsäuren. Diese enthält nicht nur Schwefel und Wasserstoff sondern auch Sauerstoff. Die Weltproduktion beträgt über 100 Millionen Tonnen. Die Schwefelsäure ist eine Sauerstoffsäure und wird heutzutage, wie der Name schon sagt, fast ausschließlich aus Schwefel hergestellt. Der Schwefel entsteht bei der Entschwefelung der Erdölprodukte. Dieser Vorgang findet in sämtlchen Fabriken statt.

Sauerstoffsäuren entstehen, indem eine Reaktion zwischen Nichtmetalloxiden und Wasser stattfindet. Schwefeltrioxid ist das Nichtmetalloxid, das zur Schwefelsäureproduktion benötigt wird. Man erzeugt es durch Verbrennen von Schwefel zu Schwefeldioxid und anschließender Weiteroxidation des Schwefeldioxids mit Hilfe von Katalysatoren. Sie sind notwendig, da die zweite Reaktion sonst nur sehr langsam verläuft.

Schwefelsäure ist ein wichtiger Bestandteil für die Herstellung von Düngemittel und Viscosefasern, aber auch zur Herstellung von weißen Pigmenten für Lacke und Kunststofffärbungen. In Verbindung mit Salpetersäure ist Schwefelsäure zur Herstellung von Sprengstoffen und Lacken bestens geeignet. Konzentrische Säuren sind sehr gefährliche und ätzende Säuren, die man im Labor findet. Dabei wirkt sie nicht nur als starke Säure, sondern auch als Wasser entziehende Substanz. Schwefelsäure besitzt eine höhere Dichte als Wasser. Deshalb muss man die Säure in kleinen Mengen ins Wasser gießen und sorgfältig umrühren. Ansonsten würde das Wasser auf der Säure schwimmen und bis zum Sieden erhitzen. Man sollte äusserst vorsichtig mit dieser Säure umgehen, da sonst schnell Haut und Augen verätzt werden, falls diese damit in Berührung kommen.

 

Salpetersäure

Diese Säure ist die wichtigste Säure, vorallem wenn es um die Produktion von Stickstoffdünger geht. Auch sie ist eine Sauerstoffsäure. Das zu ihrer Produktion benötigte Stickstoffoxid lässt sich aber nicht einfach durch Verbrennung von Stickstoff herstellen. Stickstoff brennt nicht, sonst gäbe es nicht unsere Luft. Nur bei extrem hohen Temperaturen kann man die endotherme Reaktion erzwingen. Aus wirtschaftlichen Gründen wird Stickstoffoxid auf anderem Weg gewonnen, nähmlich durch Verbrennung von Ammoniak NH mit Katalysatoren aus Platinmetallen. In Verbindung mit Wasser reagiert das Stickstoffoxid zu Salpetersäure.

Salpetersäure wird in sehr großen Mengen benötigt. Unvorstellbare Mengen werden auf der Welt produziert. Ein Großteil davon wird zur Düngemittelherstellung eingesetzt, aber auch die Produktion von Sprengstoffen und Lacken verbraucht große Mengen.

Die gefährliche Salpetersäure, welche meist im Labor zu einem hohen Prozentanteil Verwendung findet, ist stark ätzend. Durch die Reaktion mit Metallen und anderen Alltagsstoffen wie Holz bildet sich gefährliches Stickstoffdioxid. Dieses braune Gas ist ein sehr starkes Lungengift und von der Gefährlichkeitsskala mit Chlor zu vergleichen. Es riecht aber aber viel schwächer und kann daher zu schweren Lungenschäden führen. Die Symptome der Vergiftung treten erst bis zu zehn Stunden nach dem Einatmen auf, dann ist aber jede Hilfe zu spät. Daher muss man Versuche , bei denen NO entsteht, auf jeden Fall unter dem Abzug durchführen. Wird im Raum irrtümlich NO frei, muss sofort gut gelüftet werden. 100%ige Salpetersäure zerfällt teilweise von selbst in die giftigen Stickstoffoxide und Wasser. Daher nennt man sie rauchende Salpetersäure. Sie ist noch gefährlicher als 65%ige. Man benötigt sie hauptsächlich in der Technik und zur Sprengstoffherstellung. Phosphorsäure welche vor allem bei der Düngemittelproduktion notwendig ist, wird aus dem in der Natur vorkommenden Calciumphosphat durch Reaktion mit Schwefelsäure oder Salpetersäure gewonnen.