Basen

Nachweis der Laugen

Laugen fühlen sich seifig an, der Geschmack ist bitter. Laugen wie Natronlauge dürfen aber keinesfalls berührt oder probiert werden. Der Nachweis erfolgt mit einem Farbstoff oder einer Farbstofflösung, die als pH-Indikator wirkt. Lackmus oder Thymolphthalein werden im Labor zum Beispiel dafür eingesetzt. Hält man einen Streifen Universalindikatorpapier in eine Lauge, dann färbt sich dieser blau. Damit wird angezeigt, dass eine alkalische Lösung vorliegt. Mit sauren Lösungen färbt sich der Streifen dagegen rot. Zum Testen der Seife feuchtet man das Papier vorher an.

Der Laugen- und Basenbegriff in der Chemie

1. Alkalie oder Lauge als Stoff

Der wahrscheinlich erste Stoff in der Geschichte der Menschheit, der die Wirkung einer Lauge zeigte, war die Asche, die bei der Verbrennung von Holz und anderen Materialien aus Pflanzen entstand. Beim Verbrennen von Holz entsteht zunächst die schwarze Holzkohle, die unter Zufuhr des Luftsauerstoffs zu hellgrauer Asche verglüht.

Wenn Holz verbrennt, entsteht zunächst Kohle, die zu hellgrauer Asche verglüht.

Gibt man die Asche in Wasser, fühlt sich das Wasser danach leicht seifig an. Dass dabei eine alkalische Lösung oder eine Lauge entsteht, kann man mit einem pH-Indikator wie Phenolphthaleinlösung nachweisen. Diese färbt sich pink. Früher dampfte man eine Mischung aus Asche und Wasser in eisernen Pötten ein. So gewann man die Pottasche, die einen hohen Anteil Kaliumcarbonat enthielt. Die Pottasche konnte als Reinigungsmittel Öle und Fette auflösen, und sie diente beim Färben mit Pflanzenfarbstoffen zur Verstärkung der Farben auf dem Textilgewebe.

Holzasche in Wasser färbt Phenolphthalein pink

Holzasche wird in Wasser gegeben, das mit Phenolphthaleinlösung versetzt ist.

Mit dem arabischen Wort kali wurden ursprünglich die Asche liefernden Pflanzen bezeichnet. Später übertrug man den Begriff auf die Pottasche, die bei den Arabern al-qalya hieß. Der Alchemist Raimundus Lullus unterschied den Salpeter (Kaliumnitrat) vom Alkali. Damit meinte er die Pottasche und auch das Soda, er konnte die beiden Stoffe noch nicht unterscheiden. Die Alchemisten erkannten noch kein besonderes Prinzip in den Alkalien. Die erste Unterscheidung einer Alkalie als Gegenpol zu einer Säure fand in der Chemiatrie statt, einem medizinischen Therapiekonzept des Apothekers Otto Tachenius (1610-1680), das auf Paracelsus zurückging.

Kaliumcarbonat bezeichnete man früher als Pottasche.

Die Chemiker erkannten erst allmählich, dass die Alkalien besondere Merkmale aufweisen. Sie sind löslich in Wasser und sie besitzen eine "Kaustizität": Darunter verstand man früher die Ätzwirkung eines Stoffs. Der Begriff leitet sich vom lateinischen Wort causticus (brennend) ab. Auch das Wort ätzend leitet sich davon ab. Wer als erster den Begriff einer Lauge verwendete, ist nicht mehr bekannt. Wahrscheinlich wurde er allmählich als Synonym für die Alkalien eingesetzt, weil diese andere Stoffe "laugen" können. Das Wort laugen verwendete man früher zum Waschen der Wäsche. Mit dem altnorddeutschen Wort laug und auch mit dem westgermanischen laugo bezeichnete man früher ein warmes Bad.

Eine wässrige Soda-Lösung war lange Zeit die bedeutendste Wasch-Lauge.

Bei der Reaktion mit Säuren verlieren die Alkalien ihre Ätzwirkung, und sie bilden dabei Salze. Heute würde man das Phänomen mit einer Neutralisation erklären. Der Begriff "Base" wurde im 18. Jahrhundert erstmals verwendet, da die wässrigen Lösungen von Natriumhydroxid oder Natriumcarbonat als "Basis" für die Salzbildung galten. Gibt man zum Beispiel verdünnte Salzsäure auf Soda oder in eine wässrige Soda-Lösung, entstehen Natriumchlorid, Kohlenstoffdioxid und Wasser:

Natriumcarbonat + Salzsäure

Natriumchlorid + Kohlenstoffdioxid + Wasser
Na₂CO₃ + 2 HCl

2 NaCl + CO₂ + H₂O

Verdünnte Salzsäure reagiert mit Natriumcarbonat unter Aufschäumen.

Heute bezeichnet man eine Lösung, die alkalisch reagiert und Hydroxid-Ionen enthält, als Lauge. Wässrige Lösungen reagieren alkalisch, wenn ihr pH-Wert größer als 7 ist. Die Konzentration der Hydroxid-Ionen übersteigt die der Hydronium-Ionen. Alkalische Lösungen mit Hydroxid-Ionen entstehen zum Beispiel, wenn Metalle, Metalloxide oder -hydroxide mit Wasser reagieren. Besonders die Alkalimetalle und Erdalkalimetalle, sowie ihre Oxide und Hydroxide reagieren gerne mit Wasser unter Bildung von Hydroxid-Ionen:

Natrium + Wasser

Natriumhydroxidlösung (Natronlauge) + Wasserstoff
2 Na + 2 H₂O

2 Na⁺_(aq) + 2 OH⁻_(aq) + H₂

Calciumoxid + Wasser

Calciumhydroxidlösung
CaO + H₂O

Ca²⁺_(aq) + 2 OH⁻_(aq)

Calciumhydroxid + Wasser

Calciumhydroxidlösung (Kalkwasser)
Ca(OH)₂ + H₂O

Ca²⁺_(aq) + 2 OH⁻_(aq) + H₂O

Natrium reagiert mit Wasser, dem zuvor Phenolphthalein zugesetzt wurde.

2. Basenbegriff nach Arrhenius

Gelegentlich wurden die Begriffe Lauge und Base synonym verwendet, dies ist aber nach heutigem Verständnis irreführend. Der schwedische Chemiker Svante Arrhenius definierte um 1887 die Basen als Stoffe, die im Wasser Hydroxid-Ionen OH^- und ein Baserest-Ion bilden. Natriumhydroxid NaOH wäre nach Arrhenius eine Base. Nach Arrhenius' Basenbegriff enthalten alkalische Lösungen negativ geladene Hydroxid-Ionen und positiv geladene Baserest-Ionen:

Die Einführung des Basenbegriffs war notwendig geworden, weil die beim Auflösen von Natriumhydroxid in Wasser entstehende Natronlauge nach der Arrhenius-Definition keine Base ist. Trotzdem war Arrhenius' Basenbegriff zu wenig präzise, da es neben den Hydroxiden auch andere Stoffe gibt, die alkalische Lösungen bilden können. Dies erforderte eine neue Definition des Basenbegriffs.