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Säuren

[641] Säuren, wasserstoffhaltige chemische Verbindungen, die mit Basen Salze bilden, aber nicht immer die Eigenschaft der bekanntesten S., wie Salpeter- oder Schwefelsäure, sauer zu schmecken und sauer zu reagieren (blaues Lackmuspapier zu röten), besitzen. Manche S. sind bei gewöhnlicher Temperatur starr, andre flüssig oder gasförmig, einige sind sehr beständig, andre ungemein leicht zersetzbar, so daß man sie nur in ihren Lösungen kennt; ja, es gibt S., auf deren [641] Existenz man überhaupt nur aus ihren Salzen schließen kann, weil sie sich bei dem Versuch, sie aus letztern abzuscheiden, sofort zersetzen. Zu diesen S. gehört z. B. die Kohlensäure, denn was im gewöhnlichen Leben die Kohlensäure genannt wird, ist nicht die wasserstoffhaltige Säure H₂CO₃, sondern ihr Anhydrid CO₂. Die Lösung des Kohlensäureanhydrids in Wasser enthält Kohlensäure. Die Haloide Chlor, Brom, Jod und Fluor bilden direkt mit Wasserstoff S. (Wasserstoffsäuren, Haloidsäuren), z. B. HCl Clorwasserstoff, HBr Bromwasserstoff etc., und diesen reiht sich eine kleine Zahl von S. an, gebildet aus Wasserstoff und einem einwertigen zusammengesetzten Radikal, wie Cyan CN (HCN Cyanwasserstoff). Die große Mehrzahl der S. enthält ein sauerstoffhaltiges Radikal (Sauerstoffsäuren, Oxysäuren) und einige analog ein schwefelhaltiges Radikal (Sulfosäuren). Man kann dann weiter Mineralsäuren, die keinen Kohlenstoff enthalten (Schwefel-, Salpeter-, Phosphorsäure etc.), und organische S., die aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff bestehen (Äpfelsäure, Zitronensäure, Essigsäure etc.), unterscheiden. Letztere S. enthalten die Karboxylgruppe COOH (Karbonsäuren) ein-, zwei- oder dreimal (Di- oder Trikarbonsäuren). Zum bessern Verständnis des Charakters der S. bezieht man sie auf den einfachen oder mehrfachen Typus Wasser (HHO), in dem die Hälfte des Wasserstoffs durch ein einfaches oder zusammengesetztes Säureradikal von gleicher Wertigkeit ersetzt ist, und man unterscheidet:

1. Monohydrische S., Typus HHO, in dem H ersetzt ist durch ein einwertiges Radikal, z. B. Salpetersäure NO₂HO.

II. Polyhydrische S.

Dihydrische S., Typus H₂H₂O₂, in dem H₂ ersetzt ist durch ein zweiwertiges Radikal, z. B. Schwefelsäure SO₂H₂O₂, Kohlnesäure COH₂O₂.

Trihydrische S., Typus H₃H₃O₃, H₃ ist ersetzt durch ein dreiwertiges Radikal, z. B. Phosphorsäure POH₃O₃.

Tetrahydrische S., Typus H₄H₄O₄, in dem H₄ ersetzt ist durch ein vierwertiges Radikal, z. B. Kieselsäure SiH₄O₄ etc.

Die monohydrischen oder einbasischen S. bilden nur eine Reihe Salze, indem das in ihnen enthaltene Atom Wasserstoff durch 1 Atom eines einwertigen Metalls ersetzt wird. Aus Salpetersäure HNO₃ entsteht salpetersaures Kali KNO₃. Die dihydrischen oder zweibasischen S. bilden zwei Reihen Salze. Schwefelsäure H₂SO₄ gibt normales (neutrales) schwefelsaures Kali, indem 2 Atome Wasserstoff durch 2 Atome des einwertigen Kaliums ersetzt werden, K₂SO₄, oder schwefelsauren Kalk, indem 2 Atome Wasserstoff durch 1 Atom des zweiwertigen Calciums ersetzt werden, CaSO₄, außerdem saures schwefelsaures Kali, indem nur 1 Atom Wasserstoff durch Kalium ersetzt wird, HKSO₄. Ebenso bildet trihydrische oder dreibasische Phosphorsäure H₃PO₄ drei Reihen Salze: normales (basisches) phosphorsaures Kali K₃PO₄, halbsaures (neutrales) phosphorsaures Kali HK₂PO₄ und saures phosphorsaures Kali H₂KPO₄ etc. Wie die Existenz mancher noch nicht dargestellter S. aus der Zusammensetzung ihrer Salze sich ableiten läßt, so ergibt auch nur die Untersuchung der Salze die Stellung der S. in einer der genannten Klassen, denn nur der durch Metall vertretbare Wasserstoff der S. bedingt deren Charakter. So ist Ameisensäure CH₃O₂ nicht di-, sondern monohydrisch, denn ihre Salze sind nach der Formel CHMO₂ zusammengesetzt, und daraus ergibt sich, daß die Säure der Formel CHOHO entspricht, wie die gleichfalls monohydrische Essigsäure C₂H₄C₂ der Formel C₂H₃OHO. Als Orthosäure eines Elements oder Radikals bezeichnet man diejenige S., welche die größte Anzahl Hydroxyl- (OH-)Gruppen enthält. Nicht immer kennt man aber die S., die so viele OH-Gruppen enthalten, als der Wertigkeit des Elements entspricht. So scheint die Säure P(OH)₅ nicht zu existieren. In solchem Falle bezeichnet man als Orthosäure diejenige Säure, die aus der eigentlichen Orthosäure durch Abspaltung von 1 Molekül H₂O hervorgeht, also P(OH)₅-H₂O = PO(OH)₃. Tritt aus einem oder mehreren Molekülen einer Oxysäure sämtlicher Wasserstoff mit dem erforderlichen Sauerstoff in der Form von Wasser aus, so entsteht ein Säureanhydrid, z. B.:

H₂SO₄ [Schwefelsäure] – H₂O = SO₃ [Schwefelsäureanhydrid]

H₄SiO₄ [Kieselsäure] – H₄O₂ = SiO₂ [Kieselsäureanhydrid].

Früher nannte man diese Anhydride wasserfreie S., und die eigentliche Säure galt als Hydrat. Noch gegenwärtig nennt man die Verbindungen CO₂ und SO₂ Kohlensäure und Schweflige Säure, obwohl sie die Anhydride der genannten S. sind. Anhydrosäuren entstehen, wenn aus den S. nur ein Teil des Wasserstoffs mit dem erforderlichen Sauerstoff in Form von Wasser austritt. Diese Reaktion findet in der Regel an 1 oder 2 Molekülen einer dreibasischen oder an 1 oder mehreren Molekülen einer vierbasischen Säure statt. Durch Verlust von 1 Mol. H₃O geht eine dreibasische Orthosäure in eine einbasische Metasäure über: PO(OH)₃-H₂O = HPO₃. Erfolgt die Wasserabspaltung aus 2 Molekülen der Orthosäure, so entsteht eine vierbasische Pyrosäure: 2 PO(OH)₃-H₂O = H₄P₂O₇. In ähnlicher Weise entstehen durch Austritt von H., O aus mehreren Molekülen andrer mehrbasischer S. die Polysäuren. Viele organische S. besitzen außer ihrer Basizität noch andre Funktionen, d.h. sie verhalten sich auch wie Alkohole, Phenole, Aldehyde, Ketone, Amide etc. Man nimmt an, daß sie außer der ihre Säurenatur bedingenden COOH-Gruppe noch die Atomgruppen OH, COH, CO, NH₂ enthalten. Danach spricht man von Alkohol-, Phenol-, Aldehyd-, Keton-, Amidosäuren etc. Bildet ein Element mehrere S., so wird die sauerstoffärmere in der Weise benannt, daß man den Namen des Elements durch Anhängen von »ige« in ein Eigenschaftswort verwandelt und dieses mit dem Substantiv Säure vereinigt, also z. B. Antimonsäure, Antimonige Säure, Salpetersäure, Salpetrige Säure. Existieren noch mehr S. desselben Elements, so ergibt die, welche weniger Sauerstoff enthält als die »ige Säure«, noch die Vorsilbe »unter« (Unterphosphorige Säure) und ebenso die, welche zwischen der »igen Säure« und der »Säure« steht (Unterschwefelsäure); die sauerstoffreichste Säure eines Elements wird durch die Vorsilbe »Über« charakterisiert (Überchlorsäure).