Lexikon der Chemie: Oxide
Oxide, binäre Verbindungen des Sauerstoffs, in denen dieser in der Oxidationszahl -2 vorliegt, z. B. Aluminiumoxid Al2O3, Schwefeldioxid SO2, Kupferoxid CuO. Die Sauerstoffverbindungen des Fluors sind somit keine Fluoroxide, sondern Sauerstofffluoride, da in ihnen Fluor der negative Bestandteil ist. Abhängig von der stöchiometrischen Zusammensetzung der O. unterscheidet man Mon(o)oxide, Dioxide, Trioxide, Tetr(a)oxide, Pent(a)oxide usw., z. B. Kohlenmonoxid CO, Stickstoffdioxid NO2, Schwefeltrioxid SO3, Osmiumtetroxid OsO4, Phosphorpentoxid P2O5; eindeutiger ist jedoch eine Bezeichnungsweise unter Angabe der Oxidationszahl des oxidbildenden Elements, z. B. Eisen(III)-oxid Fe2O3, Chlor(IV)-oxid ClO2, Chrom (VI)-oxid CrO3. Doppeloxide bilden sich aus den O. zweier Elemente, z. B. Eisen(II)-chrom(III)-oxid FeO-Cr2O3; gemischte O. enthalten das oxidbildende Element in verschiedenen Oxidationsstufen, z. B. Blei(II,IV)-oxid (Mennige) Pb3O4.
Eine Klassifizierung der O. kann man nach deren Struktur oder Reaktivität vornehmen. Elektropositivste Elemente bilden ionische O., wobei die Metall-Kationen und Oxid-Anionen O2- die Plätze in entsprechenden Ionengittern besetzen, z. B. Lithiumoxid Li2O, Magnesiumoxid MgO, Aluminiumoxid Al2O3, Mangan(IV)-oxid MnO2. Die O. stärker elektronegativer Elemente sind kovalenter Natur. Die Molekülstrukturen in diesen kovalenten O. sind entweder durch Element-Sauerstoff-pπpπ-Mehrfachbindungen (z. B. CO, CO2, NO2, SO2) oder dadurch charakterisiert, daß Sauerstoff als Brückenglied auftritt und somit zu ketten-, ring- und käfigartigen Molekülen (z. B. SeO2, festes SO3, P4O10) führt. Die ungewöhnliche Zusammensetzung nichtstöchiometrischer O., die man insbesondere als Derivate der Übergangselemente kennt, z. B. TiO0,64 ... 1,27, ist darauf zurückzuführen, daß das Metall in der Verbindung in unterschiedlichen Oxidationszahlen vorliegt, z. B. Fe0,93O1,00 ≡ Fe7(9II)Fe1(4III) O100.
Ionische O. sind infolge der meist beträchtlichen Gitterenergien oft thermisch und chemisch sehr resistente Verbindungen (z. B. MgO, Al2O3,). Lösliche ionische O. reagieren mit Wasser unter Freisetzung von OH--Ionen: O2- + H2O → 2 OH-; sie werden deshalb auch als basische O. bezeichnet. Dazu gehören die O. der Alkali- und Erdalkalimetalle (außer BeO) sowie zahlreiche Übergangsmetalloxide. Mit Säuren reagieren sie unter Bildung der entsprechenden Salze, z. B. CaO + 2 HNO3 → Ca(NO3)2 + H2O. Viele kovalente O. reagieren mit Wasser zu Säuren, sie sind saure O. Die Säurebildung ist als Addition von Wasser an die Element- Sauerstoff-Doppelbindung, z. B. CO2 + H2O
H2CO3, oder auch als Hydrolyse der Element-Sauerstoff-Einfachbindungen, z. B. P4O10 + 6 H2O → 4 H3PO4, zu verstehen. Einige Elemente bilden amphotere O., z. B. BeO, ZnO, Al2O3. Sie verhalten sich gegenüber starken Säuren als Basen, z. B. ZnO + H2SO4 → Zn2+ + SO42- + H2O gegenüber starken Basen als Säuren, z. B. ZnO + 2 OH- + H2O → [Zn(OH)4 ]2-. Zahlreiche O. kommen als Minerale in der Natur vor, z. B. Hämatit Fe2O3, Magnetit Fe3O4, Kassiterit SnO2, Quarz SiO2.
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