Oxide und Hydroxide

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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.