Saure und alkalische Lösungen und die pH-Skala einfach erklärt

Hast du schon einmal in eine Zitrone gebissen und dein Gesicht verzogen? Das liegt daran, dass der Saft extrem sauer ist. Oder hast du dir beim Händewaschen schon einmal überlegt, warum sich die Seife so rutschig anfühlt? Das ist ein typisches Merkmal von alkalischen Stoffen. In diesem Artikel erklären wir dir alles rund um saure und alkalische Lösungen und die pH-Skala.

In dieser Lektion werden wir lernen, wie Chemiker wässrige Lösungen in saure, neutrale und alkalische Gruppen einteilen. Du wirst entdecken, wie man mit speziellen Farbstoffen unsichtbare Eigenschaften sichtbar macht und wie man die Stärke dieser Lösungen mit einer einfachen Zahlenskala misst.

Vorwissen

• Wässrige Lösungen: Wenn sich ein Stoff in Wasser auflöst, entsteht eine wässrige Lösung.
  • Beispiel: Wenn man Zucker in Wasser rührt, löst er sich auf und bildet eine wässrige Zuckerlösung.
• Physikalische Veränderungen: Stoffe können ihr Aussehen verändern, wenn sie mit anderen Stoffen gemischt werden.
  • Beispiel: Klares Wasser wird trüb, wenn man etwas Mehl hineinmischt.

Aufgabentyp 1: Klassifizierung wässriger Lösungen

Wenn wir Stoffe in Wasser lösen, können wir die entstehenden wässrigen Lösungen in drei Hauptgruppen einteilen: sauer, neutral und alkalisch.

Reines Wasser ist das beste Beispiel für eine neutrale Lösung. Es ist weder sauer noch alkalisch. Wenn wir Alltagsstoffe wie Essig oder Zitronensaft in Wasser haben, verursachen die gelösten Stoffe eine saure Eigenschaft. Lösen wir hingegen Stoffe wie Haushaltsnatron (Backpulver) oder Seife in Wasser auf, entsteht eine alkalische Lösung (oft auch Lauge genannt).

Aufgabentyp 2: Säure-Base-Indikatoren

In der Chemie dürfen wir Stoffe niemals probieren, um herauszufinden, ob sie sauer oder alkalisch sind. Stattdessen nutzen wir sogenannte Indikatoren. Das Wort kommt vom lateinischen „indicare“, was „anzeigen“ bedeutet. Indikatoren sind spezielle Farbstoffe, die ihre Farbe ändern, je nachdem, ob sie sich in einer sauren, neutralen oder alkalischen Lösung befinden.

Es gibt natürliche Indikatoren, die aus Pflanzen gewonnen werden. Violetter Rotkohlsaft färbt sich zum Beispiel in sauren Lösungen rot und in alkalischen Lösungen blaugrün. Ein weiteres Beispiel ist schwarzer Tee, der hellgelb wird, wenn man sauren Zitronensaft hinzugibt.

Im Labor verwenden wir oft künstliche Indikatoren, da sie sehr genaue Farben zeigen. Bromthymolblau ist gelb (sauer), grün (neutral) und blau (alkalisch). Ein anderer künstlicher Indikator ist Thymolphthalein. Dieser ist in sauren und neutralen Lösungen komplett farblos, zeigt aber eine alkalische Lösung durch eine tiefblaue Farbe an.

Der Rotkohl-Farbwechsel

Zweck: Wir beobachten, wie ein natürlicher Indikator verschiedene Lösungen durch Farbwechsel anzeigt.

Materialien: $50 \text{ mL}$ violetter Rotkohlsaft, $10 \text{ mL}$ Essig, $10 \text{ mL}$ Seifenlösung, $10 \text{ mL}$ reines Wasser, $3$ Reagenzgläser im Ständer, Pipette.

⚠️ Sicherheitshinweis: Schutzbrille tragen. Die Lösungen nicht trinken.

Durchführung:

1. Fülle jeweils $10 \text{ mL}$ Essig, reines Wasser und Seifenlösung in die drei Reagenzgläser.
2. Gib mit der Pipette in jedes Reagenzglas einige Tropfen des violetten Rotkohlsaftes.

Beobachtung: Im ersten Reagenzglas (Essig) färbt sich die Flüssigkeit sofort rot. Im zweiten Reagenzglas (Wasser) bleibt sie violett. Im dritten Reagenzglas (Seifenlösung) färbt sie sich blaugrün.

Erklärung: Der Rotkohlsaft wirkt als Indikator und zeigt durch den Farbumschlag an, dass Essig sauer, Wasser neutral und die Seifenlösung alkalisch ist.

Aufgabentyp 3: Die pH-Skala und der Universalindikator

Manchmal reicht es nicht zu wissen, ob etwas nur sauer oder alkalisch ist. Wir wollen auch wissen, wie stark sauer oder alkalisch es ist. Dafür nutzen Chemiker den Universalindikator. Das ist ein Gemisch aus verschiedenen Indikatoren, das für jede Stärke eine eigene, charakteristische Farbe anzeigt.

Diese Stärke wird mit der pH-Skala gemessen, die von $0$ bis $14$ reicht.

• pH $0$ bis $6$ (sauer): Je kleiner die Zahl, desto saurer ist die Lösung. Salzsäure ($3{,}65 \text{ \%}$) hat einen pH-Wert von $0$, Magensaft liegt bei $1$ und Speiseessig bei $2$. Schwächer saure Dinge sind Kaffee (pH $4$) oder Regenwasser (pH $5$).
• pH $7$ (neutral): Genau in der Mitte liegt der neutrale Bereich. Reines Wasser und menschliches Blut haben einen pH-Wert von $7$.
• pH $8$ bis $14$ (alkalisch): Je größer die Zahl, desto stärker alkalisch ist die Lösung. Seifenlösung beginnt bei pH $8$, Kalkwasser bei $9$ und Geschirrspülmittel bei $10$. Eine starke Natronlauge ($4 \text{ \%}$) hat einen pH-Wert von $11$.

Schritt-für-Schritt-Anleitung

1. Schritt 1: Indikator hinzufügen – Gib einige Tropfen Universalindikator zu der unbekannten wässrigen Lösung.
2. Schritt 2: Farbe vergleichen – Vergleiche die entstandene Farbe mit der Farbskala des Universalindikators, um die passende Zahl von $0$ bis $14$ abzulesen.
3. Schritt 3: Lösung einordnen – Nutze die abgelesene Zahl, um die Lösung zu klassifizieren: $0$ bis $6$ ist sauer, $7$ ist neutral und $8$ bis $14$ ist alkalisch.

Durchgerechnete Beispiele

Wichtige Erkenntnisse

• Wässrige Lösungen können sauer, neutral oder alkalisch sein.
• Indikatoren (wie Rotkohlsaft oder Bromthymolblau) sind Farbstoffe, die durch einen Farbwechsel anzeigen, zu welcher Gruppe eine Lösung gehört.
• Die pH-Skala reicht von $0$ bis $14$: Werte unter $7$ sind sauer, genau $7$ ist neutral und Werte über $7$ sind alkalisch.