Saure und basische Oxide

Gemäß der Definition der IUPAC ist ein Oxid eine Verbindung von Sauerstoff mit einem Element, dass elektropositiver ist, als das Element Sauerstoff (Die Verbindung aus Sauerstoff und Fluor ist z.B. kein Oxid, sondern ein Fluorid). Im Kapitel “Oxide” wird diese Stoffklasse ausführlich vorgestellt. Das Besondere an Oxiden ist u.a., dass sie in Wasser gelöst, “Säuren oder Laugen” bilden. Daher lassen sich die Oxide in saure, basische und amphotere Oxide einteilen.

Im Rahmen der Kapitel “Trends im Periodensystem” und “allgemeines Reaktionsverhalten” hatten wir folgende “Regeln” kennengelernt:

• In der Regel bilden Nichtmetalloxide Säuren (=> saure Oxide) und Metalloxide Basen bzw. Laugen (=> basische Oxide)
• Innerhalb einer Periode nimmt in der Regel der Säurecharakter von links nach rechts zu und der basische Charakter ab (und umgekehrt)

Nun wollen wir uns diese “Regeln bzw. Trends” genauer ansehen:

Saure und basische Oxide:

Fassen wir nochmal kurz zusammen:

• saure Oxide = Nichtmetalloxide (z.B. CO₂, oder SO₃)
• basische Oxide = Metalloxide (z.B. Na₂O)

Danach müsste eine Lösung von Natriumoxid bzw. Aluminiumoxid in Wasser einen basischen Charakter zeigen, d.h. der pH-Wert liegt zwischen 7 und 14. Tatsächlich zeigt eine wässrige Natriumoxid-Lösung einen basischen Charakter. Aluminiumoxid bereitet uns hingegen einige Schwierigkeiten, aber dazu später.

Lösen wir gasförmiges Kohlenstoffdioxid in Wasser, so bildet sich Kohlensäure (=> Kohlenstoffdioxid = saures Oxid). Die Lösung zeigt daher entsprechend einen sauren Charakter. Lösen wir aber gasförmiges Kohlenstoffmonoxid in Wasser. Mit Hilfe eines pH-Messgerätes messen wir einen pH-Wert der Lösung von 7 (= destilliertes Wasser). Das Nichtmetalloxid “CO” bildet also keine Säure mit Wasser. Zum einen liegt das daran, dass Kohlenmonoxid im Gegensatz zum Kohlendioxid sehr schlecht in Wasser löslich ist, zum anderen aber auch, dass beide Verbindungen (unter normalen Laborbedingungen) nicht miteinander reagieren. Diese Oxide bezeichnen wir daher als “neutrale Oxide”.

Es gibt also neben den sauren und basischen Oxiden auch noch neutrale Oxide wie beispielsweise Kohlenstoffmonoxid und Stickstoffmonoxid. Diese neutralen Oxide sind Sauerstoffverbindungen, die nicht mit Wasser reagieren, also keine Protonen oder Hydroxidionen bilden. Nun gibt es aber Oxide, die in Wasser zwar einen basischen Charakter zeigen, aber mit anderen Reaktionspartnern sowohl als Base, aber auch als Säure auftreten. Solche Oxide werden als amphotere Oxide bezeichnet.

Wie kann man nun die einzelnen, unterschiedlichen Oxide voneinander unterscheiden (ohne experimentell den pH-Wert der Lösung zu bestimmen)?

Zwischen einem sauren, basischen oder amphoteren Oxid und dem Reaktionspartner (in unserem Fall Wasser) läuft eine chemische Reaktion ab, die -wie in der Chemie üblich- von der Beschaffenheit der Ausgangsstoffe abhängt. Und, wie in der Allgemeinen Chemie gelernt, wird das Reaktionsverhalten einer Verbindung oft über die Polarität der Bindung “beeinflusst”. So ist das auch im Fall von sauren, basischen oder amphoteren Oxiden.

Damit sich eine Säure oder Lauge bildet, muss das Oxide mit dem Wasser wechselwirken und sich neue “bindende” Wechselwirkungen ausbilden.  In Chemiestudium lernt man dies abzuschätzen bzw. zu berechnen (HSAB-Konzept bzw. thermodynamische Stabilität der Verbindungen). Im Rahmen der Schulchemie (in der Oberstufe) gilt:

• Liegt eine stark polare Atombindung vor (in einem Nichtmetalloxid), so bildet das Nichtmetalloxid mit dem Wasser eine Säure
• Liegt eine stark ionische Bindung vor (in einem Metalloxid), so bildet das Metalloxid mit dem Wasser eine Lauge
• Amphotere Oxide können sowohl als Säure als auch als Base reagieren, d.h. gemäß der Lewis-Theorie muss es sich bei einem amphoteren Oxid um eine schwache Saure oder schwache Base handeln (je nach Reaktionspartner).  Daher finden sich amphotere Oxide im oberen Drittel der Elemente der II. und III. Hauptgruppe sowie dem unteren Drittel der Elemente der IV. und V. Hauptgruppe. Daher kann beispielsweise Aluminiumoxid je nach Reaktionspartner als Säure oder Base reagieren.

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Saure und basische Oxide – Testfragen/-aufgaben

1. Was sind saure Oxide und welche Eigenschaften haben sie?

Die sauren Oxide sind die Oxide von Nichtmetallen, die mit Wasser reagieren und Säuren bilden oder aber eine saure Reaktion zeigen, wenn sie mit Basen in Lösung reagieren.

2. Was sind basische Oxide und welche Eigenschaften haben sie?

Die basischen Oxide sind die Oxide der Metalle, die mit Wasser reagieren, um Basen zu bilden oder die mit Säuren in Lösung reagieren, um Salz und Wasser zu bilden.

3. Nennen Sie Beispiele für saure Oxide und die Säuren, die sie bilden.?

Beispiele für saure Oxide sind Schwefeldioxid (SO₂) und Kohlendioxid (CO₂). Sie reagieren mit Wasser zu bilden Schweflige Säure (H₂SO₃) und Kohlensäure (H₂CO₃) jeweils.

4. Nennen Sie Beispiele für basische Oxide und die Basen, die sie bilden?

Beispiele für basische Oxide sind Magnesiumoxid (MgO) und Natriumoxid (Na₂O). Sie reagieren mit Wasser zu bilden Magnesiumhydroxid (Mg(OH)₂) und Natriumhydroxid (NaOH) jeweils.

5. Was ist eine Amphotere Oxide? Geben Sie ein Beispiel.

Einige Oxide, bekannt als Amphotere Oxide, zeigen sowohl saure als auch basische Eigenschaften. Ein Beispiel dafür ist Aluminiumoxid (Al₂O₃).

6. Was ist die allgemeine Reaktion zwischen einem sauren Oxid und Wasser?

Die allgemeine Reaktion zwischen einem sauren Oxid und Wasser ist:
Saures Oxid + Wasser -> Säure.

7. Was ist die allgemeine Reaktion zwischen einem basischen Oxid und Wasser?

Die allgemeine Reaktion zwischen einem basischen Oxid und Wasser ist:
Basisches Oxid + Wasser -> Base.

8. Was ist die Rolle von sauren und basischen Oxiden in der Umweltverschmutzung?

Saure Oxide, wie Schwefeldioxid und Stickoxide, tragen zur Bildung von saurem Regen bei, während basische Oxide dazu beitragen, die Säure im Boden zu neutralisieren.

9. Wie können saure und basische Oxide in Lösungen nachgewiesen werden?

Die Eigenschaften von Lösungen, die durch Lösung von sauren und basischen Oxiden in Wasser hergestellt wurden, können durch Indikatoren nachgewiesen werden. Säure-Base-Indikatoren ändern ihre Farbe je nach dem pH-Wert der Lösung.

10. Was ist das Neutralisationsprinzip von sauren und basischen Oxiden?

Das Neutralisationsprinzip besagt, dass ein saures Oxid und ein basisches Oxid miteinander reagieren können, um ein Salz und Wasser zu bilden. Diese Reaktion ist bekannt als Neutralisationsreaktion.