Säuren und basen - historische entwicklung der begriffe

Historische Entwicklung der Begriffe / Die Bedeutung, die mit den Begriffen Säure und Base verknüpft ist, hat sich im Laufe der Jahrhunderte mehrfach geändert. Obwohl Säuren und Basen schon lange bekannt waren, gab es kaum Vorstellungen über den Säurecharakter. Der französische Chemiker A. Lavosier definierte eine Säure folgendermaßen: \\\"Säuren sind diejenigen Sauerstoff-Verbindungen von Nichtmetallen, die hinlänglich mit Sauerstoff gesättigt sind, um sauer wirken zu können.\\\" Basen waren demnach Stoffe, die mit den Säuren Neutralsalze bildeten.
1815 stellt H. Davy fest, dass nicht alle Säuren Sauerstoff enthalten und auf diesen Erkenntnissen aufbauend entwickelte J. von Liebig 1838 eine neue Säure-Theorie: Säuren sind Verbindungen aus durch Metall ersetzbarem Wasserstoff und einem Säurerest, der aus einem oder mehreren Elementen bestehen kann.
Brønstedt-Konzept
Weitere wichtige Arbeiten auf diesem Gebiet wurden von S. A. Arrhenius geleistet, die alle gemeinsam zu der heute immer noch gültigen Säure-Base-Theorie führten, die unabhängig von T. M. Lowry und J. N. Brønstedt entwickelt wurde:
· Säuren sind Moleküle oder Ionen, die Protonen abgeben können, also Protonen-Donatoren.
Die Chemiker K. Fajans und G. Joos wiesen im Jahre 1924 nach, dass in wässrigen Lösungen Protonen nicht existent sind, sondern mit einem Wassermolekül ein H3O+-Ion (Oxoniumion) bilden. Diese Oxoniumionen bilden wiederum mit drei Wassermolekülen über Wasserstoffbrückenbindungen H9O4+-Ionen, d. h. die Schreibweise H+ oder H3O+ stellt eine Vereinfachung dar. Ebenso wird auch vereinfachend Na+ oder Cl- geschrieben, obwohl auch diese Ionen in wässrigen Lösungen hydratisiert vorliegen. Die Existenz von H3O+-Ionen ist in einer Reihe fester Hydrate von Salzen wie z.B. dem Hydrat der Perchlorsäure HClO4 · H2O, das im Gitter H3O+- und ClO4--Ionen enthält, nachgewiesen worden.
Brønstedt-Säuren können nur dann als solche wirken, wenn eine entsprechende Säure zugegen ist, die Protonen aufnimmt oder Protonen liefert. Wasser kann sowohl wie eine Säure als auch wie eine Base wirken. Solche Substanzen werden als Ampholyte bezeichnet. Welche Funktion ein Ampholyt in einem bestimmten Fall ausübt, hängt von der Säure- bzw. Basenstärke des Reaktionspartners und des Ampholyten selbst ab, d. h. der saure Charakter einer Substanz ist also keine gegebene Stoffeigenschaft, sondern wird vom Reaktionspartner bestimmt.

Lewis-Konzept
Zur gleichen Zeit wie Lowry und Brønstedt schuf G. N. Lewis 1923 eine vom Lösungsmittel unabhängige Definition des Begriffs Säure:
· Lewis-Säuren sind Teilchen mit einer nicht voll besetzten äußeren Elektronenschale, d.h. mit einer Elektronenlücke, die ein Elektronenpaar von einer Base zur Bildung einer Bindung aufnehmen können. Sie sind also Elektronenpaar-Akzeptoren.
Die Definition der Säuren nach Lewis weicht von den anderen (z.B. Brønstedt) ab. So werden z.B. die klassischen Säuren wie Salzsäure, HCl, Salpetersäure, HNO3, oder Schwefelsäure, H2SO4, nicht von der Säuredefinition nach Lewis erfasst. Viele chemische Reaktionen, die zur Ausbildung einer kovalenten Bindung führen, können nach Lewis als Säure-Base-Reaktionen formuliert werden. Die Lewis-Theorie kann aber keine Aussagen über die relativen Stärken von Säuren machen, wie dies für die Brønstedt-Säuren möglich ist.



HSAB-Konzept nach Pearson
Eine qualitative Einteilung der Lewis-Säüren gelingt mit dem Konzept der harten und weichen Säuren (engl. Abk. HSAB) nach R. G. Pearson aus dem Jahre 1963: Mit hart wird ein Teilchen bezeichnet, das schwer polarisierbar ist und eine hohe Elektronegativität besitzt. Weiche Teilchen haben eine geringere Elektronegativität und sind leichter polarisierbar. Die Elektronegativität ist ein Maß für die Fähigkeit eines Atoms, Elektronen in einer kovalenten Bindung anzuziehen, dabei nimmt die Elektronegativität mit steigender Anziehungskraft zu. Zwischen den harten und weichen Säuren gibt es viele Übergangsstufen und Grenzfälle. In der Regel verbinden sich harte Säuren mit harten Basen und weiche Säuren mit weichen Basen. Dabei ist die Kombination hart-weich weniger stabil als die Kombination hart-hart oder weich-weich.