Neutralisation

Vorwissen: Protonenübergang, Salzsäure, Ionen. Was passiert auf der Teilchenebene, wenn Salzsäure und Natronlauge zusammenkommen?

Beobachten und deuten

HCl trifft NaOH: Beschreibe, was nacheinander passiert. Welche Teilchen reagieren bei der Neutralisation miteinander?
Was passiert mit dem NaOH, wenn es ins Wasser kommt? Wird dabei ein Proton übertragen?
Welche Teilchen sind am Ende noch da? Warum spricht man von einer Salzlösung?
Viele Teilchen: Gib dreimal HCl zu und danach nacheinander NaOH. Beobachte den Universalindikator. Wann ist die Lösung neutral?
Was passiert, wenn du mehr NaOH als HCl zugibst?
Formuliere die Reaktionsgleichung der Neutralisation einmal mit allen Ionen und einmal nur mit den Teilchen, die wirklich miteinander reagieren.

Zum Drehen auf der Bühne ziehen (oder Pfeiltasten), zum Vergrößern Mausrad, zwei Finger oder + / −. H₃O⁺ violett, OH⁻ blau umrandet. Sauerstoff rot, Wasserstoff weiß, Chlor grün, Natrium violett, orange: das übertragene Proton, solange es in einem H₃O⁺ oder NH₄⁺ sitzt.

Ablauf

Darstellung Wasserstoffbrücken zeigen Unbeteiligte Teilchen blass Formel zeigen

Zahlen im Hintergrund und Grenzen des Modells

Natriumhydroxid ist eine Ionenverbindung aus Na⁺- und OH⁻-Ionen. Beim Lösen trennen sich die Ionen und werden von Wassermolekülen umgeben (Dissoziation, Hydratation); dabei wird kein Proton übertragen. Das Modell setzt ein Na⁺- und ein OH⁻-Ion nebeneinander ins Wasser, die sich sofort trennen.
Neutralisation: H₃O⁺ + OH⁻ → 2 H₂O ist eine der schnellsten Reaktionen überhaupt (Geschwindigkeitskonstante etwa 1,4 · 10¹¹ L/(mol · s)): Sobald sich die beiden Ionen begegnen, reagieren sie. Im Modell wandern beide Ionen durch Protonenübergänge, bis sie sich treffen.
Na⁺ und Cl⁻ reagieren nicht mit; sie bleiben als Ionen gelöst. Vollständige Gleichung: H₃O⁺ + Cl⁻ + Na⁺ + OH⁻ → 2 H₂O + Na⁺ + Cl⁻; die eigentliche Reaktion ist H₃O⁺ + OH⁻ → 2 H₂O.
Im Kugel-Stab-Modell ist Na⁺ kleiner gezeichnet als Cl⁻, wie bei den echten Ionenradien (etwa 102 pm und 181 pm); die Größen sind aber nicht maßstäblich.
Universalindikator: Die Farbe folgt einem Modell-pH aus dem zeitlich gemittelten Überschuss an H₃O⁺ bzw. OH⁻, nicht dem echten pH-Wert (der Kasten ist dafür viel zu klein). Gleich viel HCl und NaOH ergeben eine neutrale Lösung (Modell-pH 7).
Protonenübergänge folgen einfachen Regeln, nicht einer quantenchemischen Rechnung: Ein Proton springt nur, wenn ein passendes Teilchen über eine Wasserstoffbrücke nah genug und richtig ausgerichtet ist.
Zeit: Bei „normal“ entspricht 1 Sekunde etwa 1 Pikosekunde (10⁻¹² s). Ein Sprung läuft immer in Zeitlupe, unabhängig vom gewählten Tempo; das Tempo ändert nur die Wartezeit zwischen den Sprüngen. Die Teilchen bewegen sich zufällig (Wärmebewegung); Bindungslängen und Winkel werden fest gehalten.
Wie das gerechnet und gezeichnet ist, steht ausführlich unter Methoden.