Wir lernen die Hydroxide kennen

Hydroxide

Hydroxide sind Substanzen, die in unserem täglichen Leben häufig verwendet werden. Sie spielen in vielen Industriezweigen eine wichtige Rolle als Rohmaterialien oder Zwischenprodukte in Prozessen.  Was sollte man über sie wissen?

• sie sind aus Metallkationen (oder einer Ammoniumgruppe, NH₄⁺) und einer oder mehreren Hydroxylgruppen aufgebaut;
• die Gruppe OH^– ist charakteristisch für Hydroxide und verleiht ihnen besondere Eigenschaften;
• die Namen der einzelnen Verbindungen werden gebildet, indem an den Namen des Elements, aus dem die Verbindung besteht, das Wort „Hydroxid“ angehängt wird;
• Hydroxide kommen in einem festen Aggregatzustand vor;
• man unterscheidet zwischen basischen Hydroxiden (reagieren mit Säuren, reagieren nicht mit Basen, sind gut wasserlöslich, zeichnen sich durch hohe Hygroskopizität aus) und amphoteren Hydroxiden (reagieren mit Basen und Säuren, sind schwer wasserlöslich, sind nicht hygroskopisch);
• wasserlösliche Hydroxide werden in Wasser elektrolytisch dissoziiert.

Wodurch unterscheiden sich Hydroxide von Basen?

Als Basen bezeichnet man in der Chemie alle Hydroxide, die in Wasser löslich sind.  Nicht alle diese Verbindungen interagieren jedoch gerne mit Wassermolekülen.  Natrium- und Kaliumhydroxid sind sehr gut löslich, so dass man sie als Basen bezeichnen kann – entsprechend Natriumbase und Kaliumbase.  Anders verhält es sich bei Eisen(III)-hydroxid – Fe₂(OH)₃, das in Wasser schwer löslich ist und daher nicht als Base bezeichnet werden kann.  Ähnlich verhält es sich bei Kupfer(II)- oder Silberhydroxiden, da diese Verbindungen aus wässrigen Lösungen als Niederschläge ausfallen. Die Löslichkeit der einzelnen Hydroxide kann in der Löslichkeitstabelle für Salze und Hydroxide überprüft werden.

Man sollte nicht vergessen, dass nicht jedes Hydroxid eine Base ist, aber jede Base ist ein Hydroxid.

Basen sind alle Hydroxide von Metallen der 1. Gruppe des Periodensystems der Elemente (sog. Alkalimetalle) und einiger Metalle der 2. Gruppe (Calcium, Strontium, Barium). Eine Ausnahme stellt die Ammoniumbase dar, die als einzige Base kein Metallatom im Molekül enthält.

Basen als chemische Verbindungen sind sehr gut wasserlöslich und unterliegen in wässrigen Lösungen einer elektrolytischen Dissoziation, wobei sie in Kationen und Anionen zerfallen.  Die entstehenden Ionen sind in der Lage, Strom zu leiten.  Somit sind Basen auch Elektrolyte.

Der Zerfall von Hydroxiden in Ionen beeinflusst auch ihren „alkalischen Charakter“.  Das Vorhandensein einer Base in einer wässrigen Lösung erhöht deren pH-Wert, d.h. die Konzentration der Hydroxidionen OH^–.  Die Menge dieser Anionen kann durch Messung des pH-Wertes der zu untersuchenden Lösung mit einer geeigneten ionenselektiven Elektrode bestimmt werden.  Alternativ kann der pH-Wert durch Zugabe eines geeigneten Indikators zur Lösung oder durch Eintauchen eines Universalindikators, der sich in Gegenwart von Basen grün oder dunkelblau färbt, visuell bestimmt werden. Der gebräuchlichste Indikator für den Nachweis von Basen ist Phenolphthalein, das in wässrigen Hydroxidlösungen eine charakteristische Himbeerfarbe annimmt.

Natriumhydroxid

Das am häufigsten verwendete Hydroxid ist Natriumhydroxid mit der Summenformel NaOH.  Es ist in Form von Pastillen oder Granulat im Handel erhältlich.  Er sollte nicht in Glasgefäßen aufbewahrt werden, insbesondere nicht mit einem Korken. Hierfür sind Polyethylenbehälter vorgesehen.  Es löst sich sehr gut in Wasser auf (der Vorgang ist stark exotherm) und wird daher als starke Base eingestuft.  Bei der Arbeit mit NaOH ist aufgrund seines ätzenden Charakters besondere Vorsicht geboten.

Im Labormaßstab wird NaOH durch Reaktion von Natrium (einem Metall) mit Wasser gewonnen. Wenn Natrium in ein Becherglas mit Wasser und Phenolphthalein (Indikator) gegeben wird, entsteht eine Himbeerfarbe, die das Vorhandensein von Ionen OH^– anzeigt.  Gleichzeitig wird auch Wasserstoff freigesetzt.  In der Industrie wird Natriumhydroxid (Ätznatron) durch Elektrolyse einer wässrigen Natriumchloridlösung gewonnen.  Bei diesem Prozess wird an der Anode Chlor freigesetzt und um die Kathode herum wird Natriumhydroxid gebildet.  Eine weitere industrielle Methode zur Gewinnung dieser Base ist die so genannte Quecksilbermethode.  Das an der Quecksilberkathode abgeschiedene Natriumamalgam und Quecksilber wird direkt in einen Tank mit Wasser gegeben.

Natriumhydroxid spielt in der Industrie eine wichtige Rolle.  Es ist ein wichtiges chemisches Reagenz, das täglich in den Labors verwendet wird. Als einer der Bestandteile wird es bei der Herstellung von Kunststoffen, Gummi, Papier oder Reinigungsmitteln verwendet. Es wird auch bei der Erdölverarbeitung verwendet.

Kalziumhydroxid

Im Vergleich zu NaOH hat Kalziumhydroxid mit der Formel Ca(OH)₂ zwei Hydroxylgruppen. In Wasser ist es viel weniger löslich – eine gesättigte, wässrige Lösung dieser Verbindung wird als Kalkwasser bezeichnet (es färbt Phenolphthalein himbeerfarben und erzeugt eine alkalische Reaktion). Kalkwasser wird üblicherweise verwendet, um das Vorhandensein von Kohlenstoff(IV)-Oxid nachzuweisen (bekannt als Kalkwassertrübung).

Unter Laborbedingungen kann es auch durch eine Reaktion von Kalzium mit Wasser gewonnen werden.  Sie erfolgt jedoch in einem wesentlich milderen Verfahren.  In industriellem Maßstab wird Kalziumhydroxid durch einen exothermen Prozess namens Kalklöschung hergestellt.

Kalziumhydroxid wird vor allem im Baugewerbe verwendet, wo es als Bestandteil von Kalkmörtel eingesetzt wird.  Es wird auch für die Herstellung von künstlichen Düngemitteln verwendet.  Bei der Zuckerproduktion wird die Verbindung zur Reinigung von Rübensaft verwendet.  Aufgrund seiner chemischen Beschaffenheit wird Ca(OH)₂ zur Desinfektion verwendet.

Beispiele anderer Hydroxide

Neben Natrium- oder Kalziumhydroxiden sind auch Kombinationen der Hydroxidgruppe mit anderen Metallen von großer Bedeutung.

Kaliumhydroxid ist sowohl in seiner Struktur als auch in seinen Eigenschaften dem NaOH sehr ähnlich.  Auch es ist eine starke Basis.  Es reagiert heftig mit Wasser und ist stark hygroskopisch.

Sowohl Magnesium- als auch Aluminiumhydroxide (Mg(OH)₂ und Al₂(OH)₃) können als Heilmittel bei Magenübersäuerung eingesetzt werden. Außerdem ist Magnesiumhydroxid in der Zusammensetzung der meisten Zahnpasten enthalten.

Eisen(III)-hydroxid ist eines der Substrate, die bei der Herstellung von Pigmenten verwendet werden. Es wird auch bei der Abwasserreinigung eingesetzt.