(Ein Gespräch zwischen einem Laien und einem Chemieprofessor im Laboratorium.)

Der Laie: Was ist eine Säure? Ist mit diesem Wort ein chemischer Begriff verbunden, oder versteht man darunter schlechthin alles, was sauer schmeckt?

Der Professor: Die Säure ist ein chemischer Begriff, und zwar, genau betrachtet, ein recht verwickelter. Aber ich hoffe, daß ich Ihnen doch eine Vorstellung davon geben kann. Sie wissen doch, was ein Oxyd ist?

Der Laie: Ich denke, die Verbindung eines Elements mit Sauerstoff.

Der Professor: Ja. Und ferner ist Ihnen wohl bekannt, daß man die Elemente nach ihren Eigenschaften oft in Metalle und in Nichtmetalle unterscheidet?

Der Laie: Die Unterscheidung ist mir wohl bekannt, aber ich muß gestehen, daß ich sie nicht gerade als scharf empfinde. Welche Eigenschaften sollen für diese Unterscheidung maßgebend sein? Ich denke, für die Metalle wird man wohl ihren Glanz, ihre Schwere, ihr Leitungsvermögen für Wärme und Elektrizität als maßgebend betrachten. Aber gibt es nicht auch leichte Metalle einerseits und glänzende und schwere Nichtmetalle andrerseits?

Der Professor: Allerdings, z. B. die Metalle Natrium und Kalium und das nichtmetallische Element Jod. Der Unterschied zwischen Metallen und Nichtmetallen ist in der Tat nicht scharf, und man kann bei manchem Element im Zweifel sein, wohin man es rechnen soll. Aber im großen und ganzen ist es doch eine berechtigte Unterscheidung, wenn man sich nur nicht auf eine einzige Eigenschaft bei der Beurteilung stützt, sondern vielmehr ihre Gesamtheit in Betracht zieht. Auch muß man die Eigenschaften richtig bewerten: für die Metalle ist namentlich ihre Undurchsichtigkeit und ihr Leitungsvermögen für Elektrizität kennzeichnend.

Der Laie: Die Undurchsichtigkeit soll eine metallische Eigenschaft sein? Aber Schwefel, Kohle, Porzellan sind doch gewiß keine Metalle trotz ihrer Undurchsichtigkeit?

Der Professor: Jeder nichtmetallische Stoff läßt sich durch gewisse Kunstgriffe, wie Umschmelzen oder Umkristallisieren aus Lösungen, in eine durchsichtige Form verwandeln; ganz leicht gelingt dies bei den Nichtmetallen Schwefel, Phosphor, Kohle, Bor, Silizium! Denken Sie nur an den Diamanten, der die durchsichtige Form der Kohle ist. Auch das Porzellan besteht aus an und für sich durchsichtigen, freilich sehr kleinen Kristallen, die nur infolge ihres ungleichwertigen Lichtbrechungsvermögens ein weißes Gemisch geben. Ein durchsichtiges Metall gibt es dagegen nicht; zwar sind auch die Metalle in sehr dünnen Lagen etwas durchscheinend, aber niemals, auch in den dünnsten Schichten nicht, klar durchsichtig.

Der Laie: Also, den Unterschied zwischen Metallen und Nichtmetallen zugegeben, wie kommen wir zum Begriff der Säure?

Der Professor: Sehr einfach: Sie brauchen nur das Oxyd eines nichtmetallischen Elements in Wasser zu lösen.

Der Laie: Demnach wäre Schwefelsäure eine Verbindung von Schwefeloxyd mit Wasser?

Der Professor: Ja.

Der Laie: Und Phosphorsäure eine Verbindung von Phosphoroxyd mit Wasser?

Der Professor: Ja, und ebenso erhalten Sie Kohlensäure aus Wasser und einem Oxyd des Kohlenstoffs, Borsäure aus Boroxyd und Wasser, Salpetersäure aus Stickstoffoxyd und Wasser, Chlorsäure aus Chloroxyd und Wasser usw.

Der Laie: Und was entsteht, wenn man ein Metalloxyd in Wasser auflöst?

Der Professor: Da kommt es zunächst darauf an, ob sich das Oxyd in Wasser löst, was in verhältnismäßig wenigen Fällen erfolgt. Dann kommt es darauf an, ob das Metalloxyd viel oder wenig Sauerstoff enthält. Enthält es wenig, so gibt es mit Wasser eine Lauge oder Base. Enthält es viel, so hat seine Verbindung mit Wasser häufig die Eigenschaften einer Säure.

Der Laie: Da ist es wohl möglich, daß die sauerstoffarmen Oxyde eines Metalls basische Eigenschaften haben, während die sauerstoffreichen mit Wasser Säuren geben?

Der Professor: Dies könnte man sogar fast als die Regel bezeichnen. Jedenfalls gilt es für Chrom, Mangan, Eisen und viele andere Metalle. Ihre „niederen“, d. h. sauerstoffarmen Oxyde sind in Wasser unlöslich, haben aber trotzdem basische Eigenschaften; die höheren, sauerstoffreichen Oxyde sind in Wasser löslich und bilden damit echte Säuren.

Der Laie: Wie erkennt man eine Säure? Wodurch unterscheidet sie sich praktisch von einer Base?

Der Professor: Zunächst ist es auffallend, daß die wässerigen Lösungen der Säuren fast alle einen sauren Geschmack haben, obgleich sie oft ungeheuer verschieden zusammengesetzt sind. Auch einige andere Eigenschaften sind den meisten Säuren gemeinsam: sie färben blauen Lakmusfarbstoff rot, sie lösen Metalle und Metalloxyde auf, sie entwickeln mit Metallen, die sie lösen, Wasserstoffgas. Viele von ihnen wirken auch wasserentziehend auf wasserhaltige Stoffe. Es läßt sich nun nicht leugnen, daß manche von diesen Eigenschaften auch den Basen zukommen: auch sie lösen manche Metalle unter Wasserstoffentwicklung, auch sie wirken ätzend und wasserentziehend auf viele Stoffe. Aber gegen Lakmus und andere Farbstoffe verhalten sich die Basen stets umgekehrt und entgegengesetzt wie die Säuren: sie färben Lakmus, das von Säure gerötet ist, wieder blau, Methylorange, das durch Säuren gerötet ist, wieder gelb. Der Geschmack der Basen ist ebenfalls ganz anders als der der Säuren.

Der Laie: Wie verhalten sich nun diese beiden gegnerischen Stoffe zu einander? Was tritt ein, wenn man eine Säure und eine Base zusammenbringt?

Der Professor: Sie vereinigen sich miteinander, oft unter sehr heftiger Reaktion, zu einem Salz. Dabei wird stets das Wasser, welches in der Säure und in der Base chemisch gebunden ist, wieder abgestoßen.

Der Laie: Also bestehen die Salze aus Verbindungen von Metalloxyden mit Nichtmetalloxyden?

Der Professor: Ja, und man kann sie dementsprechend ebenso gut aus diesen durch Zusammenschmelzen darstellen. So können Sie z. B. das Kupfersalz der Phosphorsäure, welches man phosphorsaures Kupfer oder Kupferphosphat nennt, entweder so herstellen, daß Sie die Kupferbase in Phosphorsäure auflösen, oder durch Zusammenschmelzen von Kupferoxyd mit Phosphoroxyd.

Der Laie: Warum heißt man diese Stoffe Salze? Hat dieser Name etwas mit dem Kochsalz zu tun, womit wir die Speisen salzen?

Der Professor: Ja. Das Kochsalz entsteht beim Zusammenbringen von Natronlauge und Salzsäure. Es ist sozusagen ein Normaltypus des Begriffes „Salz“, denn es vereinigt alle kennzeichnenden Eigenschaften der Salze in sich. Es löst sich in Wasser und kristallisiert aus dieser Lösung beim Verdunsten des Lösungsmittels aus; es erhöht den Siedepunkt, den osmotischen Druck und die elektrische Leitfähigkeit des Lösungsmittels und erniedrigt seinen Gefrierpunkt. Es rötet weder blauen, noch bläut es geröteten Lakmusfarbstoff. Es tauscht gegen stärkere Säuren seine Säure, gegen stärkere Basen seine Base aus.

Der Laie: Sind denn diese Eigenschaften wirklich kennzeichnend für die Salze? Gibt es nicht auch unlösliche Salze?

Der Professor: Allerdings, sogar recht viele. Aber selbst die „unlöslichsten“ unter ihnen, wie das schwefelsaure Barium, sind eben doch nicht ganz unlöslich; sie sind in Wasser nur so wenig löslich, daß wir es nur schwierig bemerken. Aber in der Natur sind selbst diese schwerlöslichen Stoffe aus wässerigen Lösungen im Lauf langer Zeiten in prächtigen, großen Kristallen abgeschieden worden. Wir können daher auch die sogenannten unlöslichen Salze nur als schwerlöslich betrachten und müssen für sie dieselben Gesetze als gültig annehmen, welche für die löslichen Salze gelten.

Der Laie: Sie sagten vorhin, das Kochsalz röte weder den blauen, nach bläue es den geröteten Lakmusfarbstoff. Ist dies auch für alle Salze kennzeichnend? Ich dächte, ein Salz, das aus einer sehr starken Säure und einer sehr schwachen Base besteht, müßte auch noch saure Eigenschaften besitzen.

Der Professor: Dies ist auch tatsächlich der Fall. Das Kupfersulfat und überhaupt viel Schwermetallsalze der Schwefelsäure, Salzsäure und Salpetersäure reagieren noch deutlich sauer, weil diese drei Säuren viel stärker sind als die Schwermetallbasen. Dagegen reagieren z. B. das phosphorsaure und das borsaure Natrium wie Basen, weil die Natronlauge als Base in diesen Salzen viel stärker ist als die Säuren, an die sie gebunden ist.

Der Laie: Solche Salze nennt man dann wohl „saure Salze“, bzw. „basische Salze“?

Der Professor: O nein! Diese Namen bedeuten etwas ganz anderes, nämlich chemische Verbindungen von Salzen mit einem Überschuß ihrer eigenen Säuren bzw. Basen. So kann sich z. B. 1 Molekül Kaliumsulfat mit 1 Molekül Schwefelsäure zu „saurem Kaliumsulfat“ verbinden; ebenso 1 Molekül Kohlensäure mit 1 Molekül kohlensaurem Natrium zu „saurem kohlensaurem Natrium“ (Natriumbikarbonat). Viele dieser sauren Salze reagieren gegen Lakmus durchaus nicht sauer, sondern alkalisch, weil ihre Säure viel schwächer als ihre Base ist. Dies gilt z. B. vom Natriumbikarbonat, vom Borax, der sogar einen großen Überschuß an Borsäure enthält, vom sauren Natriumphosphat und vielen anderen Salzen.

Der Laie: Sie erwähnten vorhin, daß man den Säurebestandteil eines Salzes durch eine stärkere Säure austreiben könne. Ich denke mir, daß dies eine vorteilhafte Darstellungsweise für alle schwächeren Säuren sein müßte.

Der Professor: Sie haben recht. Die Methode ist für den Chemiker geradezu unersetzlich, weil er durch die Kristallisation unreine Säuren auf dem Umweg über ihre Salze leicht und vollständig reinigen kann. Die Säuren haben nämlich häufig nur eine geringe Neigung zu kristallisieren, oder sie tun es, wie z. B. Essigsäure, nur in ganz reinem Zustand. Ihre Salze kristallisieren dagegen meistens leicht und hinterlassen dabei alle Unreinigkeiten in der „Mutterlauge“, d. i. in dem nicht kristallisierenden Rest der Lösung. Will man also z. B. aus dem stinkenden, braungefärbten, rohen Holzessig reine Essigsäure darstellen, so verfährt man etwa folgendermaßen: man schüttet in den Holzessig Natronlauge oder kohlensaures Natrium und erhält so eine ganz unreine Lösung von essigsaurem Natrium. Diese läßt man in der Wärme solange eindunsten, bis beim Abkühlen der größte Teil des essigsauren Natriums sich in Kristallen abscheidet. Dieses beständige Salz kann man nun beträchtlich erhitzen, so daß die meisten Verunreinigungen herausdestillieren, ohne daß es selbst Schaden leidet. Dann löst man es nochmals in Wasser auf und „kristallisiert es um“, d. h., man scheidet aus dieser Lösung abermals durch Eindampfen die Hauptmasse des Salzes in Kristallen ab. Diese sind nun fast als ganz rein zu betrachten. Erhitzt man sie mit Schwefelsäure, so verdrängt diese durch ihre große Stärke die Essigsäure, und es hinterbleibt schwefelsaures Natrium, während die Essigsäure herausdestilliert. So kann man viele Säuren chemisch rein darstellen.

Der Laie: Ist denn die Essigsäure eine Verbindung eines Nichtmetall-Oxydes mit Wasser?

Der Professor: Nein. Sie hat eine viel kompliziertere Zusammensetzung. Sie werden sich erinnern, daß ich Ihnen ausdrücklich sagte, ich vermöchte Ihnen nur einen Begriff von dem zu geben, was Säuren und Basen sind. Dieser Begriff ist aber nicht erschöpfend; es gibt noch viele Säuren und auch viele Basen, die weder ein Metalloxyd noch ein Nichtmetalloxyd enthalten. Um auch diese zu verstehen, müßten wir uns zuerst mit der Ionen-Theorie vertraut machen. Dies wollen wir aber, wegen der erforderlichen bedeutenden Vorkenntnisse, lieber auf später vertagen.

Der Laie: Können zwei verschiedene Salze ebenfalls aufeinander einwirken?

Der Professor: O ja. Sie tun es sehr häufig, um nicht zu sagen: immer. Dabei erfolgt dann ein wechselseitiger Austausch derart, daß beide Salze ihre Säuren miteinander vertauschen. Ich möchte Ihnen da doch ein prachtvolles Beispiel im Versuch vorführen. Sehen Sie diese farblose Lösung: sie enthält salpetersaures Quecksilberoxyd. Und hier eine zweite, ebenfalls farblose Flüssigkeit: es ist eine Lösung von Jodkalium in Wasser (Jodkalium = jodwasserstoffsaures Kalium, das Salz aus Jodwasserstoffsäure und Kalilauge). Nun schütte ich beide Lösungen zusammen, und Sie sehen eine herrlich scharlachrote Färbung. Sie setzt sich als dickes Pulver zu Boden, während die überstehende Flüssigkeit farblos ist. Was ist dieses scharlachrote Pulver?

Der Laie: Wenn das jodwasserstoffsaure Kalium und das salpetersaure Quecksilberoxyd ihre Säuren gegenseitig ausgetauscht haben, so kann nur salpetersaures Kalium und jodwasserstoffsaures Quecksilberoxyd entstanden sein. Der Niederschlag muß aus einem dieser beiden Stoffe bestehen.

Der Professor: So ist es auch. Er besteht aus Jodquecksilber, wie man der Kürze halber statt „jodwasserstoffsaures Quecksilber“ sagt. Das andere Umsetzungsprodukt, das salpetersaure Kalium, ist in der überstehenden, farblosen Flüssigkeit gelöst.

Der Laie: Wenn man also diese farblose Flüssigkeit vorsichtig vom roten Bodensatz abgießt und eindampft, so erhält man Kristalle von salpetersaurem Kalium?

Der Professor: Jawohl. Und das Jodquecksilber ist nur deshalb zu Boden gesunken, weil es zu den „unlöslichen“ Salzen gehört. Es ist in Wasser nur sehr wenig löslich. Setzt man aber mehr Jodkaliumlösung hinzu, so sehen Sie, wie es sich darin wieder völlig auflöst.

Der Laie: Und die Lösung ist wieder ganz farblos geworden! Die Farbe dieser Umsetzungsstoffe tritt offenbar nur dann zutage, wenn sie unlöslich sind und infolgedessen als Niederschläge aus der Lösung ausfallen.

Der Professor: Hier sind Sie entschieden im Irrtum. Ich zeige Ihnen hier eine gelbe Lösung von salzsaurem Eisen und eine farblose von rhodanwasserstoffsaurem Ammonium. Lassen Sie sich durch die schrecklichen Namen nicht irre machen, es sind zwei echte, einfache Salze. Wenn ich diese Lösungen zusammenschütte, so sehen Sie eine prächtig blutrote Lösung von rhodanwasserstoffsaurem Eisen. Hier zeigt nur die Farbe die Umsetzung an, denn ein Niederschlag ist nicht entstanden. — Ein zweites Beispiel: Hier ist eine farblose Lösung von Chlorkalzium (salzsaurem Kalzium), und hier eine blaue von salpetersaurem Kupfer. Ich gieße beide zusammen: es entsteht eine grasgrüne Lösung von salzsaurem Kupfer.

Der Laie: Ich bin mir in dieser interessanten Sache über eine Frage noch nicht im klaren: wenn ich salpetersaures Kalium mit Schwefelsäure mische, so erwarte ich, daß schwefelsaures Kalium und Salpetersäure entstehen. Wenn ich, umgekehrt, schwefelsaures Kalium mit Salpetersäure mische, so erwarte ich aus denselben Gründen, daß salpetersaures Kalium und Schwefelsäure entstehen. Was gilt nun? Beides zugleich kann doch nicht richtig sein? Wie kann ich mir merken, welcher von beiden Vorgängen der richtige ist?

Der Professor: Sie berühren hier eine außerordentlich wichtige Sache, die ich Ihnen ausführlich erklären möchte. Wir wollen bei dem von Ihnen gewählten Beispiel bleiben und wollen es in der Form einer Gleichung anschreiben:

Salpetersaures Kalium + Schwefelsäure = schwefelsaures Kalium + Salpetersäure.

Liest man die Gleichung von links nach rechts, so bedeutet sie den einen, von rechts nach links aber den anderen Vorgang. Tatsächlich sind nun beide Vorgänge möglich, beide finden auch wirklich statt, aber unter merklich verschiedenen Begleitumständen. Ich vermische hier in diesem Glasgefäß trockenes salpetersaures Kalium mit konzentrierter Schwefelsäure: Sie sehen Dämpfe von Salpetersäure aufsteigen und bemerken beim Anfassen des Gefäßes eine beträchtliche Erwärmung. Nun vermische ich in einem zweiten Gefäß trockenes schwefelsaures Kalium mit konzentrierter Salpetersäure. Sie sehen keine Dämpfe aufsteigen, denn die vorhandene Salpetersäure verschwindet zum Teil, und Sie bemerken, daß das Gefäß in diesem Fall sehr kalt wird.

Aus dem ersten Vorgang müssen Sie schließen, daß reines salpetersaures Kalium und reine Schwefelsäure nicht nebeneinander bestehen können, ohne aufeinander einzuwirken. Also können diese beiden Stoffe unmöglich allein als Endergebnis des zweiten Vorgangs auftreten. Aus dem zweiten Vorgang erkennen Sie dagegen, daß auch schwefelsaures Kalium und Salpetersäure unmöglich nebeneinander bestehen können, ohne aufeinander einzuwirken. Also können diese beiden Stoffe nicht das ausschließliche Endergebnis des ersten Vorgangs sein.

Der Laie: Demnach müßte man annehmen, daß in einem solchen Gemisch alle vier Stoffe zugleich vorhanden sind: nämlich salpetersaures Kalium, Schwefelsäure, schwefelsaures Kalium und Salpetersäure.

Der Professor: Dies ist auch tatsächlich der Fall. Aus dem ersten Paar bildet sich fortwährend das zweite, aus dem zweiten bildet sich gleichzeitig fortwährend das erste zurück. Somit halten die vier Stoffe einander sozusagen das Gleichgewicht. Dies ist aber nicht immer so möglich, wie in unserem Beispiel. Wenn nämlich einer der neugebildeten Stoffe unlöslich ist, so entzieht er sich dadurch dem Einfluß des anderen. Das ist z. B. bei unserem schönen, scharlachroten Jodquecksilber der Fall, wenn Sie Jodkalium mit salpetersaurem Quecksilber zusammenbringen.

Der Laie: Sie wollen sagen, daß in diesem Fall das gebildete Jodquecksilber sich mit dem ebenfalls neugebildeten salpetersauren Kalium nicht wieder rückläufig umsetzen kann, weil das Jodquecksilber unlöslich ist?

Der Professor: Ja. Dasselbe gilt für alle diejenigen chemischen Vorgänge, bei welchen einer der neugebildeten Stoffe entweder unlöslich ist, oder sich als Gas aus dem Wirkungsbereich der anderen Stoffe entfernt. In allen diesen Fällen verläuft der chemische Vorgang nur in einer Richtung und dauert so lange, bis die letzte Spur der Ausgangsstoffe verschwunden ist, bis sich also kein unlöslicher oder gasförmiger Stoff mehr neu bilden kann. In allen anderen Fällen entsteht ein chemischer Gleichgewichtszustand.

Der Laie: Nun bleibt immer noch die Frage offen, wie weit in diesen anderen Fällen der Prozeß in einer Richtung fortschreitet. Dauert dies so lange, bis die vier Stoffe in gleichen Mengen vorhanden sind, oder müssen sie im Verhältnis ihrer Molekulargewichte stehen, oder von welchen Umständen sonst hängt das Gleichgewicht ab?

Der Professor: Dafür sind drei Umstände maßgebend: die Konzentration der Lösungen, ihre Temperatur und der Druck, unter welchem sie stehen. Denken Sie nur an die Darstellung der Salpetersäure aus salpetersaurem Kalium und Schwefelsäure. Je mehr man dieses Gemisch erwärmt, um so vollständiger wird die Salpetersäure aus dem Salpeter „ausgetrieben“. Denn die Salpetersäure ist in der Hitze bestrebt, sich als Dampf der Reaktion zu entziehen. Durch Druckanwendung kann dies aufgehalten werden, weil Druck den Salpetersäuredampf wieder verflüssigt. Denken Sie ferner an den Vorgang des Kalkbrennens. Wenn man kohlensauren Kalk glüht, so zerfällt er in seine beiden Oxydkomponenten, nämlich in das Metalloxyd Kalziumoxyd und in das Nichtmetalloxyd Kohlendioxyd. Dieses entweicht als Gas. Schließt man aber das zu brennende Kalkstück in ein Gefäß ein, so daß das Kohlendioxydgas nicht entweichen kann, so übt es auf seinen Entstehungsherd einen Druck aus. Dieser Druck verhindert den weiteren Zerfall des Kalkstücks.

Der Laie: Das sieht ja gerade so aus, als ob sich das zerfallende Kalkstück einen Widerstand gegen seinen eigenen Zerfall in Gestalt dieses Druckes erzeugt?

Der Professor: So ist es auch. Der ganze „Satz vom chemischen Gleichgewicht“, den Guldberg und Waage in Christiania entdeckt und als „Massenwirkungsgesetz“ bezeichnet haben, besagt nichts anderes, als daß sich jeder chemische Vorgang während seiner Abwicklung von selbst einen Widerstand erzeugt, der diese Abwicklung zu hemmen sucht. Entsteht bei einem solchen Vorgang Wärme, so sind die neugebildeten Körper ganz gewiß in der Hitze unbeständig; wird Wärme verbraucht, so ist ebenso sicher anzunehmen, daß sie in der Kälte unbeständig sind. Entsteht ein Gas, welches einen Druck ausübt, so hemmt dieser Druck den Prozeß; wird aber dabei ein Gas verschluckt, so daß ein luftleerer Raum entsteht, so ist dieses Vakuum bestrebt, die weitere Absorption des Gases zu hindern. Und wenn in einer Lösung die neugebildeten Stoffe aufeinander einwirken und die Ausgangsstoffe rückbilden, so ist dies eben auch nichts anderes, als ein Widerstand gegen die Neubildung.

Der Laie: Ich bin Ihnen zu großem Dank verpflichtet. Sie haben mir verwickelte Vorgänge, die ich niemals glaubte verstehen zu können, auf ein großartig einfaches Grundgesetz zurückgeführt.