Alkalische Lösung
Alkalische Lösungen oder auch so genannte Laugen sind im engsten Sinne wässrige Lösungen von Metallhydroxiden wie zum Beispiel von Natriumhydroxid (Natronlauge) oder Kaliumhydroxid (Kalilauge). Diese Metallhydroxide zählen zu den Alkalihydroxiden. Im weiteren Sinne verwendet man den Begriff auch für jede Lösung von Basen. Dazu zählen unter anderem Ammoniak (Ammoniakwasser) und organische Verbindungen wie Amine. Alkalische Lösungen im weitesten Sinne können auch nichtwässrige Lösungen sein.
Wässrige Lösungen sind alkalisch, wenn die Konzentration der Hydroxid-Ionen OH− die der Oxonium-Ionen H3O+ übersteigt. Der pH-Wert ist dann größer als 7. Stark alkalische wässrige Lösungen haben einen pH-Wert größer als 10, zum Beispiel hat eine normale Natronlauge einen pH-Wert von 14.
Eigenschaften
Säuren und alkalische Lösungen besitzen einige gemeinsame Eigenschaften. Diese Lösungen ergeben mit Indikatoren charakteristische Färbungen und fühlen sich auf der Haut glitschig an. Die Lösungen sind ätzend, daher muss beim Arbeiten mit alkalischen Lösungen stets eine Schutzbrille getragen werden. Ferner zeigen sie elektrische Leitfähigkeit, es müssen also freibewegliche Ionen vorliegen.
Stark alkalische Lösungen sind extrem ätzend: Sie können Metalle, beispielsweise Aluminium, und Proteine auflösen, weshalb Hautkontakt mit ihnen vermieden werden sollte. Beim Umgang mit stark alkalischen Lösungen sollten daher Handschuhe und eine Schutzbrille getragen werden. Sie können – vor allem bei langem Einwirken in der Hitze – auch Glasoberflächen angreifen, dies kann zum Beispiel zu einer Trübung von Gläsern führen. Die Handhabung von Natronlauge etc. in Glasgefäßen wie Erlenmeyerkolben ist natürlich dennoch möglich, solange keine Schliffstopfen aus Glas verwendet werden, da diese sich bei längerem Lagern festsetzen.
Verwendung
Alkalische Lösungen werden unter anderem verwendet um Nahrungsmittel zu pökeln und so zu konservieren, um sie dadurch länger haltbar zu machen. Ferner werden Laugen auch eingesetzt beim Backen von Brezeln oder Laugenbrötchen. In der chemischen Produktion werden Laugen auch verwendet, um Säuren zu neutralisieren.
Herstellung alkalischer Lösungen
Herstellung von wässrigen Alkalimetallhydroxidlösungen
Folgende Reaktionen, die jeweils mit Beispiel angeführt sind, führen zur Bildung wässriger Lösungen von Alkalimetallhydroxiden:
Lösen des entsprechenden Hydroxids in Wasser
Dies ist die einfachste Methode für die praktische Verwendung der Lösungen im Labor. Die Wärmeentwicklung beim Lösen (exotherme Reaktion) kann jedoch so stark sein, dass das Wasser zu sieden beginnt, wobei die alkalische Lösung verspritzen und zu Verätzungen führen kann. Beispiel:
- Natriumhydroxid + Wasser $ \rightarrow $ Natriumhydroxid - Lösung bzw. Natronlauge
- NaOH (s) + H2O (l)$ \rightarrow $ Na+ (aq) + OH- (aq) + H2O (l)
Reaktion eines Alkalimetalloxids mit Wasser
Es bildet sich bei Zugabe einer stöchiometrisch passenden Stoffmenge Wasser festes Alkalimetallhydroxid, bei Zugabe von Wasser im Überschuss eine Alkalimetallhydroxid-Lösung. Dabei erfolgt der in Herstellungsvariante 1 beschriebene Lösevorgang mit dem bei der Reaktion entstehenden Lithiumhydroxid. Beispiel:
- Lithiumoxid + Wasser $ \rightarrow $ Lithiumhydroxid
- Li2O (s) + H2O (l, stöchiometrisch) $ \rightarrow $ 2 LiOH (s)
- Lithiumoxid + Wasser $ \rightarrow $ Lithiumhydroxid - Lösung
- Li2O (s) + H2O (l, Überschuss)$ \rightarrow $ Li+ (aq) + OH- (aq) + H2O (l)
Reaktion eines Alkalimetalls mit Wasser
Wie bei der 2. Herstellungsvariante ist auch hier die zugegebene Stoffmenge Wasser entscheidend für die Entstehung bzw. Benennung des Produktes. Beispiel:
- Natrium + Wasser $ \rightarrow $ Natriumhydroxid + Wasserstoff
- 2 Na (s) + 2 H2O (l)$ \rightarrow $ 2 NaOH (s) + H2 (g)
Bei Zugabe von Wasser im Überschuss erfolgt der Lösevorgang des Natriumhydroxids aus Herstellungsvariante 1. In Abhängigkeit vom verwendeten Alkalimetall und der Versuchsdurchführung entzündet sich der entstehende Wasserstoff durch die frei werdende Reaktionswärme.
Eine wichtige Variante ist die technische Produktion von Natronlauge durch die Reaktion von Wasser mit Natriumamalgam, welches man durch die Chlor-Alkali-Elektrolyse mit Quecksilberelektroden erhält.
Elektrolyse von Alkalimetall-Halogensalz-Lösungen
Durch die Elektrolyse von Kochsalzlösung wird großtechnisch Natronlauge hergestellt, wobei man durch eine poröse Trennwand (Diaphragma) weitgehend verhindert, dass sich die Kochsalzlösung und Natronlauge vermischen. Dadurch ist eine kontinuierliche Elektrolyse möglich:
- 2 Na+ (aq) + 2 Cl- (aq) + 2 H2O (l) $ \rightarrow $ 2 Na+ (aq) + 2 OH- (aq) + Cl2 (g) + H2 (g)
Weitere alkalische Lösungen
Kalkwasser erhält man am besten aus Calciumoxid CaO, das als gebrannter Kalk günstig erhältlich ist.