Säure-Base-Reaktion: Protonen richtig zuordnen

Eine Säure gibt ein Proton ab, eine Base nimmt es auf. Beides geschieht gekoppelt. Für zwei ungeladene Ausgangsteilchen gilt als allgemeines Schema

\ce{HA + B <=> A- + HB+}

\ce{HA} wird zu \ce{A-} und ist die Säure. \ce{B} wird zu \ce{HB+} und ist die Base. Vergleiche also zuerst Ausgangsteilchen und Produkte, suche dann das übertragene \ce{H+} und ordne zuletzt die Rollen zu.

Ein konkreter Fall ist Salpetersäure in Wasser:

\ce{HNO3 + H2O -> NO3- + H3O+}

\ce{HNO3} gibt das Proton ab; Wasser nimmt es auf. Die Paare \ce{HNO3}/\ce{NO3-} und \ce{H3O+}/\ce{H2O} stehen jeweils auf verschiedenen Seiten. Die Säureform trägt ein Proton mehr als ihre zugehörige Baseform.

Wasser kann ein Proton aufnehmen oder abgeben und ist deshalb ein Ampholyt. Bei der Reaktion mit Salpetersäure nimmt es ein Proton auf: Wasser ist die Base. Zwei Wassermoleküle können auch miteinander Protonen austauschen:

\ce{2 H2O <=> H3O+ + OH-}

Bei dieser Autoprotolyse gibt ein Wassermolekül ein Proton ab und wird zu \ce{OH-}. Das andere nimmt es auf und wird zu \ce{H3O+}. Die Rollen gehören also zu zwei verschiedenen Wassermolekülen; ein einzelnes Molekül ist in diesem Schritt nicht beides zugleich.

Wasser ist für eine Brønsted-Reaktion nicht nötig. In der Gasphase kann Chlorwasserstoff ein Proton an Ammoniak übertragen:

\ce{HCl(g) + NH3(g) -> NH4Cl(s)}

Dabei entstehen \ce{NH4+} und \ce{Cl-}, die zusammen festes Ammoniumchlorid bilden. Das ist eine begriffliche Beschreibung, keine Versuchsanleitung. Die Gase sind gesundheitlich gefährlich und werden hier nicht praktisch hergestellt oder geprüft.

Auch die Neutralisation ist eine Säure-Base-Reaktion. Für starke Säure und starke Base in wässriger Lösung ist der entscheidende Teilchenschritt:

\ce{H3O+ + OH- -> 2 H2O}

Das Oxonium-Ion gibt ein Proton an das Hydroxid-Ion ab. Diese Gleichung ohne Zuschauer-Ionen heißt Nettogleichung. Zuschauer-Ionen wie \ce{Na+} und \ce{Cl-} aus Natronlauge und Salzsäure bleiben gelöst und nehmen an der Protonenübertragung nicht teil. Bei schwachen Säuren oder Basen können andere Teilchen direkt beteiligt sein; die Nettogleichung gilt dann nicht unverändert. Für eine vollständige Neutralisation sind passende Stoffmengen im Verhältnis der Reaktion nötig. Gleiche Volumina allein reichen nicht, wenn Konzentrationen verschieden sind. Säurestärke beschreibt die Neigung zur Protonenabgabe, Konzentration die gelöste Stoffmenge pro Volumen und pH-Wert den sauren oder basischen Zustand einer Lösung.