Chemie erklärt: Säuren (2)
Von so vielen Menschen höre ich bei Thema Chemie immer: „Oh Gott. Das habe ich in der Schule nie kapiert.” gefolgt von einem innerlichen Verschließen dem Thema gegenüber. Diejenigen werden hier wohl auch nicht weiterlesen. Für alle, die es jedoch immer schade fanden, dass sie von Chemie nicht so viel wissen, gibt es hier die Reihe Chemie erklärt.Nachdem ich beim letzten Mal die Begriffe Metallhydroxid und Nichtmetalloxid eingeführt habe, will ich jetzt ein wenig genauer ausführen, womit wir es da zu tun haben und was geschieht, wenn man sie in Wasser gibt. Dafür brauchen wir nun doch eine Vorstellung davon, was Atome sind. Ich werde allerdings kein tatsächliches Atommodell verwenden, sondern versuchen, bildhaft zu bleiben.
Es soll für unsere Zwecke ausreichen, dass wir uns Atome als winzige Kügelchen vorstellen. Und wenn ich winzig schreibe, dann meine ich wirklich: winzig. Der kleinste Staubkrümel, den Sie auf Ihren Schreibtisch noch sehen können, besteht schon aus Aberbilliarden[1] von Atomen. Damit wir einen Haufen von Atomen mit bloßem Auge sehen können, benötigen wir eine unvorstellbare Menge an Atomen. Stellen Sie Sich vor, wir würden für jeden Menschen auf der Erde (ca. 7 Milliarden) jeweils diese Anzahl an Kupfer-Atomen auf einen Haufen legen. Dann haben wir etwa 5 Milligramm Kupfer zusammen. Mit der gleichen Anzahl Erbsen könnten wir beinahe schon die Erde bedecken. Die Atome sind wirklich, wirklich winzig.
Jedes Element besteht nun aus einer anderen Sorte Kügelchen, also einer anderen Sorte Atome. Eine Verbindung ist etwas, das aus verschiedenen Sorten zusammengesetzt ist. Ein Wasserteilchen ist zum Beispiel aus zwei Kügelchen Wasserstoff (Hydrogenium) und einem Kügelchen Sauerstoff (Oxygenium) zusammengesetzt. Daher die bekannte Formel H2O . Zusammengehalten werden diese drei Kügelchen durch sogenannte kovalente Bindungen. Wir werden uns das, auch wenn es der Wahrheit nicht wirklich nahe kommt, als eine Sorte Klebstoff vorstellen. Kovalenter Klebstoff. Atome, die über kovalenten Klebstoff verbunden sind, bilden dann zusammen ein Molekül. Also: Molekül = zwei oder mehr ATome, die über kovalenten Klebstoff verbunden sind.
In Nichtmetalloxiden sind ein oder mehrere Kügelchen des Nichtmetalls mit einem oder mehreren Kügelchen Sauerstoff verbunden. Nennen wir das Nichtmetall A, den Sauerstoff wieder O. Dann hat ein Nichtmetalloxid die allgemeine Formel AnOm. Zum Beispiel ist ein Kügelchen Kohlenstoff (Carboneum, vom lateinischen carbo für Holzkohle) in der Regel mit zwei Kügelchen Sauerstoff verbunden: CO2. Ein Kügelchen Schwefel (Sulfur) ist mit zwei oder mit drei Kügelchen Sauerstoff verbunden: SO2 bzw. SO3.
Nun haben wir ja schon festgestellt, dass das erste Säurenmodell sagte: Nichtmetalloxid und Wasser ergibt Säure. Im Fall des eben erwähnten CO2 sähe eine Reaktionsgleichung[2] dann so aus: Kohlendioxid und Wasser ergibt Kohlensäure:
CO2 + H2O → H2CO3
So geht es auch mit Schwefeldioxid und Schwefeltrioxid: Schwefeldioxid und Wasser ergibt schweflige Säure:
SO2 + H2O → H2SO3
Schwefeltrioxid und Wasser ergibt Schwefelsäure:
SO3 + H2O → H2SO4
Oder mit Phosphoroxid: Phosphorpentoxid und drei Teile Wasser ergeben zwei Teile Phosphorsäure:
P2O5 + 3 H2O → 2 H3PO4
Was sehen wir hier? Das Nichtmetalloxidmolekül, also das Gebilde aus Nichtmetall- und Sauerstoffatomen, verbindet sich mit dem Wassermolekül (dem mit dem einen Sauerstoffatom und den beiden kleinen Wasserstoffatomen) zu einem neuen Molekül. Einem Säuremolekül.
Das Muster lässt sich zwar nicht beliebig mit allen Nichtmetalloxiden durchführen. Es zeigt aber, wie der Säurenmacher = Oxygenium = Sauerstoff zu seinem Namen kam. Was wir hier noch nicht wissen: wieso ist das Verhältnis nicht immer gleich und wie kommen die verschiedenen Verhältnisse zustande? Diese Frage führt zum Atombau und uns zu weit von den Säuren weg. Wir werden das einfach so hinnehmen[3]. Viel wichtiger aber die Frage: was macht die Dinger da jetzt eigentlich sauer? Was ist eigentlich „sauer”? Darauf haben wir immer noch keine Antwort. Haben Sie noch etwas Geduld. Wir sind fast bei Arrhenius und damit bei einem ersten Erklärungsversuch, was im Wasser eigentlich los ist, wenn es sauer ist. Klären werden wir das beim nächsten Mal.
- [1] Ist das ein echtes Wort? ↩
- [2] Eine Reaktionsgleichung ist keine Gleichung im mathematischen Sinn. Es gibt kein Istgleich (=) sondern einen Pfeil (→), den wir mit „ergibt” übersetzen. Das Plus (+) verweist nicht auf eine Addidion, sondern ist eine Kurzform für „und”. ↩
- [3] Vielleicht komme ich ja in einem anderen Chemie erklärt-Beitrag darauf zurück. ↩