Je nachdem, was in Wasser gelöst ist, verhält sich die Lösung anders. Man unterscheidet drei Arten.

• Eine saure Lösung schmeckt sauer, zum Beispiel Zitronensaft. Der gelöste Stoff heißt Säure, zum Beispiel Salzsäure, Schwefelsäure, Kohlensäure oder Essigsäure. Starke saure Lösungen ätzen die Haut und lösen viele Metalle auf.
• Eine alkalische Lösung fühlt sich seifig an. Auch sie kann stark ätzen. Eine alkalische Lösung heißt auch Lauge, zum Beispiel Natronlauge oder Kalilauge. Seifenlösung ist schwach alkalisch.
• Eine neutrale Lösung ist weder sauer noch alkalisch, zum Beispiel reines Wasser oder Zuckerlösung.

Probiere, berühre oder rieche im Labor nie eine unbekannte Lösung. Säuren und Laugen ätzen Haut und Augen.

Wie erkennst du, ob eine Lösung sauer oder alkalisch ist, ohne sie zu probieren? Mit einem Indikator (Anzeiger). Das ist ein Farbstoff, der seine Farbe ändert, je nachdem, ob die Lösung sauer, neutral oder alkalisch ist.

• Ein Pflanzenfarbstoff ist ein Indikator aus der Natur, zum Beispiel der Saft von Rotkohl. Er ist in sauren Lösungen rot, in neutralen violett und in alkalischen blau, bei starken Laugen grün bis gelb.
• Der Universalindikator ist ein Gemisch aus mehreren Farbstoffen. Er zeigt in vielen Farbstufen, wie sauer oder alkalisch eine Lösung ist.

Der pH-Wert gibt an, wie sauer oder alkalisch eine Lösung ist. Die pH-Skala reicht im Alltag von 0 bis 14. Unter 7 ist die Lösung sauer, bei 7 neutral, über 7 alkalisch. Je weiter der Wert von 7 entfernt ist, desto stärker ist die Lösung sauer oder alkalisch.

Die Farben hängen vom Hersteller ab. Nimm die Skala auf der Packung.

Warum ist eine Lösung sauer? Die Antwort steckt in den Ionen. Reines Wasser enthält winzige, gleich große Mengen von zwei Ionensorten:

• Oxonium-Ionen $\mathrm{H_3O^+}$. Ein H+-Ion ist ein Wasserstoffatom ohne Elektron, also nur ein Proton. Es bleibt im Wasser nie allein, sondern lagert sich an ein Wassermolekül an.
• Hydroxid-Ionen $\mathrm{OH^-}$. Sie bestehen aus einem Sauerstoff- und einem Wasserstoffatom und tragen eine negative Ladung.

In einer sauren Lösung gibt es mehr Oxonium-Ionen als Hydroxid-Ionen. In einer alkalischen Lösung gibt es mehr Hydroxid-Ionen als Oxonium-Ionen. In einer neutralen Lösung sind beide gleich zahlreich.

Der pH-Wert zählt die Oxonium-Ionen in einem Liter. Je mehr es sind, desto kleiner ist der pH-Wert. Ein Schritt auf der Skala bedeutet das Zehnfache: Bei pH 3 gibt es zehnmal so viele Oxonium-Ionen wie bei pH 4 und hundertmal so viele wie bei pH 5. Zitronensaft (pH 2) hat also 1000-mal so viele wie Regenwasser mit pH 5.

Wie kommen die Ionen in die Lösung? Durch Dissoziation: Ein gelöster Stoff zerfällt in Ionen.

Chlorwasserstoff, $\mathrm{HCl}$, ist ein Gas aus Molekülen. Leitest du es in Wasser, entsteht Salzsäure. Die Moleküle zerfallen dabei in Ionen: $\mathrm{HCl} + \mathrm{H_2O} \rightarrow \mathrm{H_3O^+} + \mathrm{Cl^-}$.

Natriumhydroxid, $\mathrm{NaOH}$, besteht fest aus $\mathrm{Na^+}$ und $\mathrm{OH^-}$. Beim Lösen trennen die Wassermoleküle die Ionen (Hydratation): $\mathrm{NaOH} \xrightarrow{\mathrm{H_2O}} \mathrm{Na^+} + \mathrm{OH^-}$. So entsteht Natronlauge.

Der schwedische Chemiker Arrhenius fasste das Ende des 19. Jahrhunderts so zusammen: Eine Säure ist ein Stoff, der in Wasser Oxonium-Ionen bildet. Eine Lauge ist eine Lösung, die mehr Hydroxid-Ionen als Oxonium-Ionen enthält.

Viele Oxide reagieren mit Wasser. Metalloxide und Nichtmetalloxide kennst du aus der Lektion über Oxidation.

• Reagiert ein Nichtmetalloxid mit Wasser, entsteht eine saure Lösung. Kohlenstoffdioxid gibt Kohlensäure: $\mathrm{CO_2} + \mathrm{H_2O} \rightarrow \mathrm{H_2CO_3}$. Darum ist Sprudelwasser leicht sauer. Schwefeldioxid gibt schweflige Säure: $\mathrm{SO_2} + \mathrm{H_2O} \rightarrow \mathrm{H_2SO_3}$. Es entsteht beim Verbrennen von Kohle und Öl und macht den Regen sauer.
• Reagiert ein Metalloxid mit Wasser, entsteht eine alkalische Lösung. Natriumoxid gibt Natriumhydroxid, also Natronlauge: $\mathrm{Na_2O} + \mathrm{H_2O} \rightarrow 2\,\mathrm{NaOH}$.

Nicht jedes Oxid reagiert mit Wasser. Sand (Siliciumdioxid) und Rost (Eisenoxid) tun es nicht. Schwefeldioxid ist giftig, Versuche mit ihm macht nur die Lehrkraft unter dem Abzug.

Unedle Metalle reagieren meist auch mit sauren Lösungen. Gibst du Magnesiumband in verdünnte Salzsäure, sprudelt es, und das Metall löst sich auf. Das Gas ist Wasserstoff, du erkennst es an der Knallgasprobe. Außerdem bleibt ein Salz gelöst, das Magnesiumchlorid.

Wortgleichung: Magnesium + Salzsäure → Magnesiumchlorid + Wasserstoff. Mit Formeln: $\mathrm{Mg} + 2\,\mathrm{HCl} \rightarrow \mathrm{MgCl_2} + \mathrm{H_2}$.

Jedes Magnesiumatom gibt 2 Elektronen ab und wird zum $\mathrm{Mg^{2+}}$-Ion. Die Wasserstoffteilchen der Säure nehmen sie auf und verbinden sich zu $\mathrm{H_2}$-Molekülen. Zink reagiert ebenso:$\mathrm{Zn} + 2\,\mathrm{HCl} \rightarrow \mathrm{ZnCl_2} + \mathrm{H_2}$. Gold und Kupfer reagieren mit verdünnter Salzsäure nicht.

Wasserstoff ist mit Luft explosiv. Diesen Versuch machst du nur mit der Lehrkraft.

Mischst du eine saure und eine alkalische Lösung, gleichen sie sich aus. Das heißt Neutralisation. Die Oxonium-Ionen der Säure und die Hydroxid-Ionen der Lauge verbinden sich zu Wasser: $\mathrm{H_3O^+} + \mathrm{OH^-} \rightarrow 2\,\mathrm{H_2O}$. Dabei wird Wärme frei.

Die übrigen Ionen bleiben gelöst. Das sind das Metall-Ion der Lauge und das Säurerest-Ion, der negative Teil der Säure. Zusammen bilden sie ein Salz. Verdampfst du das Wasser, bleiben Kristalle zurück. Allgemein gilt: Säure + Lauge → Salz + Wasser.

Salzsäure + Natronlauge → Natriumchlorid + Wasser: $\mathrm{HCl} + \mathrm{NaOH} \rightarrow \mathrm{NaCl} + \mathrm{H_2O}$.

Genau neutral ist die Mischung, wenn von beiden Ionensorten gleich viele da sind. Das siehst du am grünen Universalindikator.