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Definitionen
Oxide sind Verbindungen eines Elements mit Sauerstoff (O²⁻), z. B. CO₂, CaO, Fe₂O₃. Sie entstehen durch direkte Oxidation oder durch thermische Zersetzung von Hydroxiden, Carbonaten oder Nitraten.
Hydroxide enthalten das Hydroxid-Ion OH⁻ und werden oft durch Hydrolyse von Metalloxiden erhalten:
$$\ce{MeO + H2O -> Me(OH)2}$$Klassifizierung der Oxide
| Typ | Beispiele | Säure-Base-Verhalten |
|---|---|---|
| Saure Oxide | CO₂, SO₃ | Bilden mit Wasser Säuren (H₂CO₃) |
| Basische Oxide | CaO, Na₂O | Bilden mit Wasser Hydroxide (Ca(OH)₂) |
| Amphotere Oxide | Al₂O₃, ZnO | Reagieren sowohl mit Säuren als auch Basen |
| Neutrale Oxide | CO, NO | Keine Reaktion mit Wasser |
Der Übergang zwischen sauer und basisch hängt von der Elektronegativität (χ) des Zentralatoms ab.
Hydroxide
Alkalimetallhydroxide wie NaOH und KOH sind in Wasser leicht löslich und stark basisch. Erdalkalimetallhydroxide (Ca(OH)₂, Mg(OH)₂) sind schwerer löslich – das Löslichkeitsprodukt K_L ist maßgebend:
$$K_L(\ce{Ca(OH)2}) = [\ce{Ca^{2+}}] \cdot [\ce{OH-}]^2 = \pu{5.5e-6 mol^{3}/L^{3}} \quad (\pu{25 °C})$$Die Löslichkeit L ergibt sich daraus durch:
$$L = \sqrt[3]{\frac{K_L}{4}}$$Amphotere Hydroxide wie Al(OH)₃ lösen sich sowohl in Säuren als auch in überschüssiger Base:
$$\ce{Al(OH)3 + 3 H3O+ -> Al^{3+} + 6 H2O}$$$$\ce{Al(OH)3 + OH- -> [Al(OH)4]-}$$
Technische Anwendungen
| Verbindung | Verwendung |
|---|---|
| CaO (Branntkalk) | Mörtel, Zement, Rauchgasentschwefelung |
| SiO₂ | Glas, Silicagel, Quarzuhren |
| Fe₂O₃ | Pigmente, Rost, Magnetbänder |
| NaOH | Seifenherstellung, Papierindustrie |
| Al₂O₃ | Keramik, Schleifmittel, Katalysatorträger |
Übungen
- Formuliere die Reaktionsgleichung für die Bildung von H₂SO₄ aus SO₃ und Wasser.
- Berechne den pH-Wert einer gesättigten Ca(OH)₂-Lösung ($K_L = \pu{5.5e-6 mol^{3}/L^{3}}$).
- Warum löst sich Zn(OH)₂ in Natronlauge, nicht aber in Ammoniak-Lösung? Begründe mit Hilfe des HSAB-Konzepts.
- Welches Oxid entsteht bei der thermischen Zersetzung von CaCO₃? Schreibe die Gleichung.