Alkalische Lösung

Begriff und Einordnung

Alkalische Lösungen, auch Laugen genannt, sind wässrige Lösungen, in denen die Konzentration der Hydroxid-Ionen OH⁻ größer ist als die der Oxonium-Ionen H₃O⁺. Deshalb haben sie einen pH-Wert über 7 und reagieren alkalisch. Zur genaueren Beschreibung werden sie als schwach, sehr schwach oder stark alkalisch bezeichnet; stark alkalische wässrige Lösungen haben üblicherweise einen pH-Wert über 10.

Eine Natronlauge aus 4 g Natriumhydroxid (NaOH) in 100 mL Wasser besitzt beispielsweise den pH-Wert 14. Solche starken Laugen können Hautoberflächen von Menschen und Tieren schon nach kurzer Einwirkung stark schädigen.

Stark alkalische Lösungen entstehen aus den mehr oder weniger gut wasserlöslichen Oxiden der Alkali- und Erdalkalimetalle. Diese basischen Oxide reagieren mit Wasser zu gut wasserlöslichen Metallhydroxiden, welche die hohen pH-Werte verursachen. Oxide und Hydroxide aller anderen Metalle sind so schwer wasserlöslich, dass sie keine alkalischen Lösungen bilden.

Der pH-Wert ist nur für wässrige Lösungen definiert. Daher werden nichtwässrige Lösungen organischer basischer Stoffe nicht als Laugen bezeichnet. Ammoniakwasser sowie wässrige Lösungen basischer organischer Verbindungen wie Amine können zwar pH-Werte über 7 haben, werden aber üblicherweise nicht Laugen genannt. Im Alltag bezeichnet man auch schwach alkalische Lösungen von Seifen und Waschmitteln als Laugen.

Eigenschaften und Gefahren

Laugen fühlen sich auf der Haut glitschig, seifig oder schmierig an. Der Grund ist die Verseifung von Fetten an der Hautoberfläche. Sie wirken entfettend: Dabei werden aus Fetten fortlaufend Seifen gebildet, und diese Seifen können Fett lösen.

Wie saure Lösungen enthalten alkalische Lösungen frei bewegliche Ionen und leiten deshalb elektrischen Strom. Beide Lösungsarten erzeugen mit Indikatorfarbstoffen charakteristische Färbungen und können ätzend sein. Hautkontakt soll vermieden werden; beim Arbeiten sind stets Handschuhe und Schutzbrille erforderlich.

Stark alkalische Lösungen können Proteine auflösen und Aluminium zu Aluminiumhydroxid umsetzen. Bei längerer Einwirkung und bei höheren Temperaturen greifen sie auch Glas an, sodass Gläser trüb werden können. Natronlauge kann dennoch in Glasgefäßen wie Erlenmeyerkolben verwendet werden. Glas-Schliffstopfen sollen bei längerer Lagerung jedoch nicht benutzt werden, weil sie sich festsetzen können.

Anwendungen

Alkalische Lösungen dienen zum Pökeln und Konservieren von Nahrungsmitteln. Beim Backen von Brezeln oder Laugenbrötchen erzeugen sie braunglänzende Oberflächen.

In Technik und chemischer Produktion werden Laugen eingesetzt, um Säuren zu neutralisieren und Fette zu entfernen, zum Beispiel vor der Gerbung. Bei der Arzneimittelherstellung verwendete man im Mittelalter gelegentlich Laugen aus Waidasche oder Weinreben.

Herstellung von Alkalimetallhydroxidlösungen

Eine einfache Labor-Methode besteht darin, das passende Alkalimetallhydroxid in Wasser zu lösen. Dieser Vorgang ist exotherm, setzt also Wärme frei. Die Wärmeentwicklung kann so stark sein, dass Wasser siedet und die Lauge verspritzt; dadurch besteht Verätzungsgefahr. Für Natronlauge gilt:

NaOH (s) + H₂O (l) → Na⁺ (aq) + OH⁻ (aq) + H₂O (l)

Alkalimetalloxide reagieren ebenfalls mit Wasser. Bei einer stöchiometrisch passenden Stoffmenge Wasser entsteht festes Hydroxid, bei Wasser im Überschuss eine Hydroxidlösung. Beispiel für Lithiumoxid:

Li₂O (s) + H₂O (l, stöchiometrisch) → 2 LiOH (s)

Li₂O (s) + H₂O (l, Überschuss) → Li⁺ (aq) + OH⁻ (aq) + H₂O (l)

Auch Alkalimetalle bilden mit Wasser Hydroxide und Wasserstoff. Für Natrium lautet die Reaktion:

2 Na (s) + 2 H₂O (l) → 2 NaOH (s) + H₂ (g)

Bei Wasser im Überschuss löst sich das gebildete Natriumhydroxid. Je nach Alkalimetall und Versuchsdurchführung kann sich der entstehende Wasserstoff durch die frei werdende Reaktionsenthalpie entzünden. Hochgeschwindigkeitsaufnahmen legen eine Coulomb-Explosion nahe.

Technische Herstellung und Kalkwasser

Natronlauge wird großtechnisch durch Elektrolyse von Kochsalzlösung hergestellt. Ein poröses Diaphragma trennt Kochsalzlösung und Natronlauge weitgehend voneinander und ermöglicht so eine kontinuierliche Elektrolyse:

2 Na⁺ (aq) + 2 Cl⁻ (aq) + 2 H₂O (l) → 2 Na⁺ (aq) + 2 OH⁻ (aq) + Cl₂ (g) + H₂ (g)

Als wichtige technische Variante nennt der Artikel außerdem die Reaktion von Wasser mit Natriumamalgam, das durch Chlor-Alkali-Elektrolyse mit Quecksilberelektroden erhalten wird. Dieser Abschnitt ist im Ausgangsartikel jedoch als nicht hinreichend belegt gekennzeichnet.

Kalkwasser, auch Kalklauge oder gelöschter Kalk, enthält Calciumhydroxid Ca(OH)₂. Es entsteht durch Aufschlämmen von Calciumhydroxid oder durch Löschen von Calciumoxid CaO. Calciumoxid wird als gebrannter beziehungsweise ungelöschter Kalk günstig angeboten.