Säuren

Säuren,

 

nach der in der modernen Chemie bevorzugten Theorie von J. N. Brønsted und T. M. Lowry (Säure-Base-Begriff) Stoffe, die Wasserstoffionen (Protonen) nach folgendem Schema abgeben können

 

wobei der Säurerest A^- (nach Brønsted eine Base) übrig bleibt. Je nach Anzahl der Protonen, die von einem Säuremolekül oder -ion abgegeben werden können, spricht man von einwertigen (monoprotonischen, einbasigen), zweiwertigen (diprotonischen, zweibasigen) Säuren usw. Nach der Zusammensetzung unterscheidet man Wasserstoffsäuren, die nur aus Wasserstoff und einem weiteren Element bestehen, und Säuren, deren Anion aus mehreren Atomen zusammengesetzt ist, z. B. die Sauerstoffsäuren, deren Anion aus einem Zentralatom mit mehreren koordinativ gebundenen Sauerstoffatomen besteht.

 

Die Stärke einer Säure ist vom Lösungsmittel abhängig. In wässriger Lösung werden die Protonen in einer Gleichgewichtsreaktion auf Wassermoleküle übertragen:

 

Ein Maß für die Konzentration der dabei gebildeten Oxoniumionen (H₃O⁺) ist der pH-Wert. Die Lage des Gleichgewichts und damit die Stärke einer Säure ist durch die Säurekonstante K_a beziehungsweise den negativen dekadischen Logarithmus ihres Zahlenwertes (Säureexponent pK_a) gegeben (c Stoffmengenkonzentrationen):

 

Für die starke Schwefelsäure gilt z. B. K_a ≈ 10³ (pK_a ≈ —3), für die schwächere Essigsäure gilt K_a = 1,8 · 10^-5 (pK_a = 4,75). Supersäuren sind nach Ronald James Gillespie (* 1924; 1973) Säuren, die stärker als 100 %ige Schwefelsäure sind (z. B. Perchlorsäure, HClO₄, pK_a ≈ —10). Die wichtigsten anorganischen Säuren (Mineralsäuren) sind Schwefel-, Salpeter-, Salz- und Phosphorsäure. Homologe sauerstofffreie Säuren sind umso stärker, je weiter unten das Säurerest-Element in einer Gruppe des Periodensystems angeordnet ist, z. B. nimmt die Säurestärke bei den Halogenwasserstoffsäuren von Fluorwasserstoff, HF, über Chlorwasserstoff, HCl, und Bromwasserstoff, HBr, nach Jodwasserstoff, HJ, zu. Die Stärke sauerstoffhaltiger Mineralsäuren erhöht sich mit der Anzahl der O-Atome und erniedrigt sich mit der Anzahl der sauren H-Atome im Molekül (Schwefelsäure, H₂SO₄, ist stärker als Phosphorsäure, H₃PO₄, und Chlorsäure, HClO₃, ist stärker als hypochlorige Säure, HClO). Die wichtigste organische Säure ist die Essigsäure. Säuren können nicht nur aus elektrisch neutralen Molekülen, sondern auch aus Ionen gelöster Salze bestehen (z. B. NH⁺₄, HSO^-₄).