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Neutralisation

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Neutralisation

Hast Du Dich schon mal gefragt, warum in Werbungen und auf Verpackungen für Kosmetik oft von einem hautneutralen pH-Wert die Rede ist? Der pH-Wert ist für wässrige Lösungen und beschreibt, wie sauer oder basisch dieses ist.

Mit einem hautneutralen pH-Wert ist daher gemeint, dass Deine Seife oder Gesichtscreme keinen Einfluss auf das natürliche Gleichgewicht zwischen sauren und basischen Substanzen auf Deiner Haut hat. Das ist gut, denn so muss Deine Haut nicht immer wieder von Neuem schuften, um den natürlichen pH-Wert von 5,5 auszugleichen. So kann sie sich voll und ganz darauf konzentrieren, für Dich strapazierfähig und jung zu bleiben.

Neutralisation: Definition

Bei einer Neutralisation reagieren eine Säure und eine Base (auch Lauge genannt) miteinander, bis ein pH-Wert von 7 erreicht wird. An diesem sogenannten Neutralisationspunkt ist eine wässrige Lösung neutral. Die ätzende Wirkung von Säure und Base hat sich also gegenseitig aufgehoben.

Säuren und Basen kannst Du Dir in der Chemie als Gegenspieler vorstellen. Gibst Du wässrigen Lösungen eine Säure hinzu, überträgt diese ein positiv geladenes Wasserstoffatom (auch Proton genannt, da H+-Ionen weder Elektronen noch Neutronen haben) auf das Wasser, sodass Oxoniumionen (H3O+) entstehen. Säuren sind also Protonendonatoren. Je mehr Säure Du hinzugibst, desto saurer und stärker ätzend wird die Lösung.

Wenn Du wässrigen Lösungen eine Lauge hinzugibst, erhöht sich die Konzentration an Hydroxidionen (OH-), da sie Protonen aufnehmen können. Daher werden Basen auch als Protonenakzeptoren bezeichnet. Basische Lösungen wirken ebenfalls ätzend.

Die beiden Begriffe Protonendonator und Protonenakzeptor stammen von der Brönsted Säure-Base-Theorie. Wenn Du mehr zu dem Thema lesen willst, schau Dir gern die Erklärung dazu an.

Neutralisation: Einfache Reaktionsgleichung

Treffen Säure und Base aufeinander, reagieren die Oxonium- und die Hydroxidionen zu Wasser (H2O).

Neutralisation Neutralisationsreaktion Oxoniumion hydroxidionen StudySmarter

Diese Neutralisationsreaktion wird auch als die Autoprotolyse des Wassers bezeichnet, da Wasser von sich aus gleichzeitig als Säure und als Lauge reagieren kann. Wenn Du also in ein Becherglas mit Wasser eine Base zugibst, reagiert das Wasser als Säure und gibt ein Proton ab, wodurch sich die Anzahl an freien Hydroxidionen erhöht. Gibst Du eine Säure zu Wasser, dann reagieren die Protonen mit dem Wasser, wodurch sich die Anzahl an Oxoniumionen erhöht.

Wenn Du mehr zum Thema Autoprotolyse des Wassers lernen willst, schau Dir gern die entsprechende Erklärung dazu an!

Auf den pH-Wert kommt es an

Wie basisch oder sauer eine wässrige Lösung ist, kannst Du anhand des pH-Werts sehen. Dabei handelt es sich um eine Skala von 1 bis 14. Ist der Messwert kleiner als 7, ist die Lösung sauer. Bei einem Wert über 7 ist sie basisch (auch "alkalisch" genannt).

Liegt der pH-Wert exakt bei 7, ist die Lösung neutral. An diesem Punkt liegen die Oxoniumionen und die Hydroxidionen in der gleichen Konzentration c vor. Diese liegt bei, wodurch auch der pH-Wert von 7 definiert ist.

Der pH-Wert gibt also an, wie das Konzentrationsverhältnis der Hydroxid- und Oxoniumionen ist. Schau Dir dazu mal folgende Tabelle genauer an, dann siehst Du, was damit gemeint ist:

Sauer oder Basisch?KonzentrationsverhältnispH-Wert
Saure LösungNeutralisation Formel des Konzentrationsverhältnisses von Oxoniumionen in einer sauren Lösung StudySmarterNeutralisation Formel des Konzentrationsverhältnisses von Hydroxidionen in einer sauren Lösung StudySmarter < 7
Basische LösungNeutralisation Formel des Konzentrationsverhältnisses von Oxoniumionen in einer basischen Lösung StudySmarterNeutralisation Formel des Konzentrationsverhältnisses von Hydroxidionen in einer basichen Lösung StudySmarter> 7
Neutrale LösungNeutralisation Formel des Konzentrationsverhältnisses von Oxoniumionen und Hydroxidionen in einer neutralen Lösung StudySmarter 7

Wenn Du mehr zu pH-Wert, Säuren und Laugen lernen willst, schau Dir gern die Erklärung dazu an.

Interessant ist, dass sogar bei einem neutralen pH-Wert Oxonium- und Hyroxidionen vorliegen, da Wasser aufgrund der Autoprotolyse von allein zerfällt (dissoziiert).

Außerdem läuft die Protonenübertragung ohne Unterbrechung weiter, sodass hier ständig Protonen zwischen den Molekülen ausgetauscht werden. Das gilt auch für eine neutrale Lösung, wobei in diesem Fall die gleiche Menge an Oxonium- und Hydroxidionen vorliegt. Erst wenn eine der beiden Ionenarten im Überschuss vorliegt, also wie es bei basischen und sauren Lösungen der Fall ist, wirkt eine wässrige Lösung ätzend.

Neutralisationsreaktionen verlaufen exotherm

Eine Neutralisationsreaktion läuft freiwillig ab, das heißt, Du kannst Deinen Bunsenbrenner im Schrank lassen. Tatsächlich wird beim Neutralisieren sehr viel Energie in Form von Wärme frei, da es sich um eine exotherme Reaktion handelt. Die frei werdende Wärmeenergie kannst Du auch Neutralisationswärme nennen.

Der Begriff "exotherm" kommt aus der physikalischen Chemie und steht für freiwillig ablaufende Reaktionen, denen Du keine Energie in Form von Wärme zufügen musst. Das Gegenstück dazu ist die "endotherme" Reaktion, die bei Raumtemperatur nicht freiwillig oder nur sehr langsam abläuft. Bei solchen Reaktionen wird die Reaktionslösung oft mithilfe eines Bunsenbrenners erhitzt.

Neutralisation: Beispiel mit Salzsäure und Natronlauge

Ein Beispiel für eine klassische Neutralisationsreaktion ist die Reaktion von Salzsäure (HCl) mit Natronlauge (NaOH):

Neutralisation Salzsäure Natronlauge Neutralisationsreaktion Kochsalz Wasser StudySmarter

Nach dieser Reaktionsgleichung überträgt die Salzsäure sein Proton auf das Hydroxidion der Natronlauge, sodass ein Wassermolekül entsteht. Das positiv geladene Natriumion (Na+) und das negativ geladene Chloridion (Cl-) liegen in Wasser gelöst (dissoziiert) vor und bekommen daher die Bezeichnung "aq" (Abkürzung für aqua, dem lateinischen Wort für Wasser).

Salzsäure und Natronlauge sind unter den Säuren und Laugen zwei Extrembeispiele, was den pH-Wert angeht. Natronlauge hat einen pH-Wert im stark basischen, der bei 14 liegt. Salzsäure hat einen pH-Wert von 1 und liegt damit im stark sauren Bereich. Wenn beide Lösungen in der gleichen Konzentration vorliegen, brauchst Du jeweils die gleiche Menge, um eine Neutralisation durchzuführen.

Die Salze von Basen und Säuren

Wenn Du Dir das Wasser dieser Neutralisation nun kurz wegdenkst, siehst Du, dass Na+ und Cl- zusammen das Salz Natriumchlorid (NaCl) bilden. Der Name kommt Dir bekannt vor? Kein Wunder! Hierbei handelt es sich nämlich um einfaches Kochsalz, das Deine Pommes erst so richtig lecker macht.

Ein Salz ist eine Verbindung, die aus positiv und negativ geladenen Ionen in Form eines Kristallgitters zusammengesetzt ist. In Wasser gelöste Salze liegen allerdings in Form von Ionen vor. Der Grund dafür ist, dass die meisten Salze in wässrigen Lösungen dissoziieren. Das Kristallgitter löst sich auf und die Ionen des Salzes liegen dann frei vor. Grund hierfür ist die Hydratation, bei der sich die polaren Wassermoleküle an die geladenen Ionen anlagern und stabilisierend wirken.

Schau Dir mal die leicht verständliche Erklärung zur Hydratation an, wenn Du mehr dazu erfahren willst.

Ablauf einer Neutralisation

Das Ziel einer Neutralisation ist, genau auf einen pH-Wert von 7 zu kommen. Für eine erfolgreiche Neutralisation musst Du aber wissen, wie viel einer Base Du dafür in eine saure Lösung zugeben musst. Sonst gibst Du entweder zu wenig oder zu viel zu, sodass die Lösung weiterhin sauer oder basisch ist.

pH-Wert richtig einstellen

Damit Du bei der Neutralisation nicht im Dunkeln tappst, kannst Du durch Nutzung sogenannter Indikatoren oder über die Messung der elektrischen Leitfähigkeit mit einem pH-Messgerät die benötigte Menge an Base oder Säure bestimmen. Eine Säure oder Lauge zu neutralisieren, ist nicht immer leicht. Daher wird bei der Neutralisation im Labor eine sogenannte Bürette benutzt, mit der Du die Menge an Säure oder Base über einen Hahn fein einstellen kannst.

Wie Du eine Neutralisation im Detail durchführst, kannst Du in den Erklärungen zu den Themen Titration und Indikator nachlesen.

In der quantitativen Analyse wird zur Neutralisation ein Verfahren namens Titration genutzt, mit dem Du die genaue Stoffmenge einer Substanz herausfinden kannst. Dazu benutzt Du eine Maßlösung, dessen Konzentration Du genau kennst. So kannst Du zum Beispiel anhand der Menge an zugegebener Base oder Säure ablesen, wie hoch die Konzentration der Probelösung war.

Zum Einstellen eines pH-Werts von 7 ist nicht immer die gleiche Menge an Säure und Lauge nötig. Versuchst Du beispielsweise Natronlauge mit Schwefelsäure zu neutralisieren, brauchst Du im Vergleich zur Salzsäure der gleichen Konzentration nur die halbe Menge. Der Grund dafür ist, dass Schwefelsäure eine Säure mit zwei Protonen in der Summenformel ist.

Neutralisation Natronlauge Schwefelsäure Neutralisationsreaktion StudySmarter

Bei einer Neutralisation musst Du daher die Wertigkeit der von Dir benutzten Säuren und Basen immer einbeziehen. In diesem Fall hat Natronlauge eine Wertigkeit von 1, da es nur ein Hydroxidion mitbringt, das ein Proton aufnehmen kann. Ein Schwefelsäuremolekül gibt insgesamt zwei Protonen ab, daher ist die Wertigkeit 2.

Neutralisation im Alltag

Die Neutralisation kommt nicht ausschließlich im Labor vor, sondern auch im Alltag. Sie ist Dir auf jeden Fall schon mal irgendwo begegnet, auch wenn Du bisher nichts davon mitbekommen hast. Viele Prozesse in unseren Körpern laufen beispielsweise ganz von allein im Hintergrund ab, dabei sind sie zum Teil sogar überlebenswichtig.

Saurer Regen

Saurer Regen hat einen pH-Wert von 5,5, der für viele Pflanzen und Tiere lebensbedrohlich ist. Dieser entsteht hauptsächlich durch die von Kraftwerken und dem Güter- sowie Personenverkehr ausgestoßenen Schadstoffen.

Der saure pH-Wert kann mithilfe einer Neutralisationsreaktion bekämpft werden, indem zum Beispiel Kalk (CaCO3) auf dem Boden verteilt wird. Aus diesem Grund enthalten auch viele Düngemittel Kalk. Die schwache Base verschiebt den pH-Wert stärker in den basischen Bereich verschiebt. Wie das funktioniert, siehst Du an der folgenden Reaktionsgleichung:

Neutralisation Neutralisationsreaktion Oxoniumion Kalk Kohlenstoffdioxid StudySmarter

Die beiden Oxoniumionen reagieren mit Kalk zu Calciumionen (Ca2+), Kohlensäure (CO2 ) und Wasser.

Wenn Du mehr zum Thema Saurer Regen lesen willst, schau Dir gern mal die Erklärung dazu an!

Auswirkungen von Abwasser auf die Umwelt

In den Umweltwissenschaften ist die Neutralisation ebenso von großer Bedeutung. Abwässer sind selten neutral, was schlecht für die Umwelt sein kann.

Deshalb werden in Klärwerken je nach Bedarf Säuren oder Basen hinzugegeben, um das Abwasser neutral zu bekommen, bevor es wieder in Oberflächengewässer eingeleitet wird. Das ist ziemlich wichtig, denn wenn das Abwasser zu sauer oder zu basisch ist, könnten Lebewesen wie Fische und andere Wasserbewohner sterben.

Neutralisation im Körper

Auch in Deinem Körper finden ständig Neutralisationsreaktionen statt, unter anderem in Deinem Blut. Dieses hat einen pH-Wert von etwa 7,4 und nur wenn dieser möglichst konstant bleibt, kann Dein Körper ordnungsgemäß funktionieren. Damit dieser Wert gehalten werden kann, sind sogenannte Puffersysteme nötig. Diese bestehen aus einer Kombination aus schwachen Basen sowie Säuren und gleichen über eine Neutralisation leichte pH-Wert-Schwankungen wieder aus.

Die Natur hat hier also vorgesorgt und stellt Dir gleich vier solcher Puffer zur Verfügung. Insbesondere diesen:

Neutralisation Blutpuffer Carbonatpuffer Kohlensäure-Hydrogencarbonat-Puffer StudySmarter

Das ist der sogenannte Kohlensäure-Hydrogencarbonat-Puffer, der im Vergleich wichtigste Blutpuffer. Mit 53 % leistet er den größten Beitrag zur Pufferwirkung Deines Bluts. Die Kohlensäure (H2CO3) dient hier als Säure und das Hydrogencarbonation (HCO3-) als Lauge.

Wenn Dein Blut nicht sauer genug ist, löst sich ein Proton von der Kohlensäure, sodass in Reaktion mit Wasser ein Oxoniumion und ein Hydrogencarbonation entstehen. Sollte es zu sauer sein, wird das Proton vom Oxoniumion wieder auf das Hydrogencarbonation übertragen, sodass Kohlensäure entsteht. Überschüssige Kohlensäure zerfällt anschließend zu Kohlenstoffdioxid (CO2), das über die Atmung ausgestoßen wird.

Neutralisation - Das Wichtigste

  • Säuren und Basen können neutralisiert werden.
  • Das Ziel einer vollständigen Neutralisation ist, einen pH-Wert von 7 zu erreichen.
  • Bei pH-Wert = 7 sind wässrige Lösungen neutral.
  • Die Produkte einer Neutralisation sind Wasser und die Salze der Säuren und Laugen.
  • Oxoniumionen und Hydroxidionen sind Gegenspieler, die bei einer Neutralisationsreaktion miteinander Wasser ergeben.

Nachweise

  1. A. F. Holleman et al. (1995). Lehrbuch der Anorganischen Chemie 101. Auflage. Walter de Gruyter.
  2. E. Riedel et al. (1999). Moderne Anorganische Chemie. Walter de Gruyter.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Neutralisation

Grundsätzlich reagieren bei der Neutralisation immer Oxoniumionen- und Hydroxidionen zu Wasser.

Bei der Neutralisation entstehen Wasser und die Salze der Säuren und Basen.

Im Alltag findet die Neutralisation in vielen Anwendungen und in der Natur statt. So ist die Neutralisation Grundlage einiger Medikamente und für umwelttechnische Maßnahmen wichtig. Ebenso findet Neutralisation im eigenen Körper statt, beispielsweise um den pH-Wert im Blut aufrechtzuerhalten.

Die Neutralisation hat die Bedeutung, eine zu hohe Konzentration an Oxonium- bzw. Hydroxidionen zu senken. Denn ein ,,zu viel" an solchen Ionen, die in der Umwelt/Natur sehr einfach entstehen können, kann negative Auswirkungen auf die Gesundheit von Lebewesen, auf die Umwelt und auf technische Sicherheitsstandards haben.

Finales Neutralisation Quiz

Frage

Welches Produkt entsteht bei der Reaktion eines Oxoniumions mit einem Hydroxidion?

Antwort anzeigen

Antwort

Es entstehen zwei Wassermoleküle.


Frage anzeigen

Frage

Welches Salz entsteht, wenn Salzsäure mit Natronlauge reagiert?

Antwort anzeigen

Antwort

Es entsteht Natriumchlorid (Kochsalz).

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Frage

Entsteht Wasser bei der direkten Reaktion von Salzsäure mit Natriumhydroxid?

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Antwort

Ja, denn HCl (Salzsäure) protoniert das Hydroxidion von Natriumhydroxid, wodurch Wasser entsteht:


Frage anzeigen

Frage

Unter welcher Bedingung entsteht Wasser bei der direkten Reaktion von Säure und Base?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Base muss ein Hydroxidion beinhalten.

Frage anzeigen

Frage

Was ist der (chemische) Zweck der Neutralisation?

Antwort anzeigen

Antwort

In der quantitativen Analyse kannst Du über die Titration herausfinden, wie groß die Menge einer gesuchten Substanz ist. Außerdem kommen viele Neutralisationsreaktionen in der Natur vor, zum Beispiel in Form eines Blutpuffers, der für einen möglichst konstanten pH-Wert sorgt.

Frage anzeigen

Frage

Welche chemische Rolle hat Wasser in Reaktionen mit Säuren bzw. Basen?

Antwort anzeigen

Antwort

Wasser nimmt die entgegengesetzte Rolle zum Reaktionspartner ein: In Reaktionen mit Säuren ist Wasser eine Base, in Reaktionen mit Basen eine Säure.

Frage anzeigen

Frage

Wie kannst Du eine saure Lösung neutralisieren?

Antwort anzeigen

Antwort

In einer sauren Lösung ist die Konzentration an Oxoniumionen hoch. Du kannst die Oxoniumionen neutralisieren, indem du eine Base zur wässrigen Lösung gibst. 

Frage anzeigen

Frage

Um wie viel geringer ist die Ladung der Säure nach Abgabe eines Protons (bzw. des Säurerests)?

Antwort anzeigen

Antwort

Sie ist um eine Ladungseinheit höher (positiver).

Frage anzeigen

Frage

Welches klassische Beispiel einer Neutralisationsreaktion kennst du, bei der Kochsalz (NaCl) entsteht?

Antwort anzeigen

Antwort

 

NaCl besteht aus zwei Ionen, nämlich aus einem Natriumkation und einem Chloridanion. Da Kochsalz gut in Wasser löslich ist, bildet sich allerdings nicht gleich der Feststoff, den Du aus Deiner Küche kennst.


Frage anzeigen

Frage

Ist jede Neutralisation eine Protonenübertragung?

Antwort anzeigen

Antwort

Ja, denn bei jeder Neutralisation reagieren Säure und Base miteinander. Dabei überträgt die Säure ein Proton auf die Base.

Frage anzeigen

Frage

Nach Zugabe einer bestimmten Säuremenge, um eine basische Lösung zu neutralisieren, stellt sich heraus, dass die Lösung nun sauer ist. Wie ist also das Verhältnis der Konzentration an Oxoniumionen zu den Hydroxidionen?

Antwort anzeigen

Antwort

c(H3O+) = c(OH-)

Frage anzeigen

Frage

Welcher Vorgang findet statt, wenn Säuren, Basen oder Salze zu Wasser hinzugegeben werden?

Antwort anzeigen

Antwort

Säuren, Basen und Salze dissoziieren in wässrigen Lösungen. Das heißt, dass sie als Ionen vorliegen.

Beispiel: NaCl dissoziiert zum Natriumkation und zum Chloridanion.

Frage anzeigen

Frage

Was macht ein Blutpuffer?

Antwort anzeigen

Antwort

Ein Blutpuffer sorgt dafür, dass der pH-Wert im Blut möglichst konstant bei 7,4 bleibt.

Frage anzeigen

Frage

Bei einem pH-Wert von 7...

Antwort anzeigen

Antwort

...liegen Oxonium- und Hydroxidionen in der gleichen Konzentration vor.

Frage anzeigen

Frage

Wie hoch ist die Konzentration an Oxonium- und Hydroxidionen in einer wässrigen Lösung mit einem pH-Wert von 7?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Konzentration der beiden Ionen liegt in beiden Fällen bei 10-7 .

Frage anzeigen

Frage

Wie entsteht saurer Regen?

Antwort anzeigen

Antwort

Saurer Regen entsteht hauptsächlich durch ausgestoßene Schadstoffe.

Frage anzeigen

Frage

Eine Neutralisationsreaktion verläuft...

Antwort anzeigen

Antwort

...exotherm.

Frage anzeigen

Frage

Welcher Vorgang ist dafür verantwortlich, dass sich Salze gut in Wasser lösen?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Hydratation.

Frage anzeigen
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