Den Begriff Natronlauge aus der anorganischen Chemie kennt fast jeder. Einige kennen die Substanz aus der Küche, wo Natronlauge beispielsweise zum Backen von Laugengebäck verwendet wird. Zudem ist Natronlauge in einigen Putzmitteln, wie in Rohrreinigern oder Geschirrspülmitteln, enthalten.
Aber auch zur Herstellung von vielen Alltagsgegenständen ist Natronlauge notwendig. Einige beispielhafte Produkte sind Farbstoffe, Papier, Taschentücher und T-Shirts aus Baumwolle. Natronlauge stellt hierbei in Wasser gelöstes Natriumhydroxid dar. Natriumhydroxid ist ein Metallhydroxid. Von diesen Metallhydroxiden handelt der folgenden Artikel.
Definition von Metallhydroxiden
Metallhydroxide sind in der anorganischen Chemie Verbindungen aus einem Metall-Kation und einem Hydroxid-Anion.
Das Metall-Ion der Verbindung kann sowohl einfach als auch mehrfach geladen sein. Das Metall-Kation und das OH¯-Ion befinden sich in einem Ionengitter. Hydroxide sind in Wasser gelöste Basen.
Metallhydroxide – Eigenschaften
Einige Metallhydroxide lassen sich sehr gut in Wasser lösen, beispielsweise Alkalihydroxide. Aufgrund einer kompletten Dissoziation sind Alkalihydroxide starke Basen. Natriumhydroxid ist zählt zu den Alkalihydroxiden und ist starke basisch.
Metallhydroxide, die mehrwertige Kationen enthalten, sind in Wasser schwer löslich. Diese Hydroxide dissoziieren nicht komplett und sind daher schwache Basen. Ein Beispiel für solch ein Metallhydroxid ist Bariumhydroxid.
Somit können lösliche Hydroxide in die Kategorie der Basen eingeordnet werden. Durch die Dissoziation in Wasser liegen Kationen und OH¯-Ionen in der Lösung vor. Die OH¯-Ionen sind kennzeichnend für Basen.
Basen wirken ätzend, ähnlich wie Säuren. Das Ausmaß dieses ätzenden Effekts ist abhängig von der Konzentration der Metallhydroxide, die in der Lösung vorliegt.
Fällung von Metallhydroxiden
Zunächst liegen in einer wässrigen Lösung Metallionen und Hydroxidionen vor. Meatllhydroxide entstehen, indem es sich abscheidet. Das Ausfällen von Hydroxiden ist dabei pH-Wert-abhängig. Ab einem bestimmten pH-Wert beginnt die Fällung des jeweiligen Metallhydroxids.
Ab welchem pH-Wert diese Ausfällung stattfindet, hängt von mehreren Faktoren ab. Die Art des Metall-Kations, welches in den Hydroxiden vorliegt, spielt eine Rolle, aber auch das Löslichkeitsprodukt des Kations beeinflusst den pH-Wert-Bereich. Zudem übt auch die Konzentration des jeweiligen Kations Einfluss aus.
Einige Metallhydroxide sind amphoter. Amphotere Metallhydroxide lösen sich in einer sauren und auch in einer basischen Lösung. Das bedeutet, dass Metallhydroxid zunächst in einem sauren Milieu als Ionen vorliegt. Durch das Ansteigen des pH-Werts scheiden sie sich ab einem bestimmten Punkt ab. Wenn der pH-Wert weiter steigt, lösen sich die ausgefällten Hydroxide wieder im Wasser. Ein Beispiel für solch eine amphotere Verbindung ist Aluminiumhydroxid:
Oxidation von Metallhydroxiden
Einige Metallhydroxide, die ausgefällt wurden, können mit Sauerstoff aus der Luft reagieren. Es entstehen durch diese Oxidation Metallhydroxide, die eine größere Oxidationszahl besitzen.
Ein Beispiel für eine derartige Verbindung ist Eisen(II)-hydroxid. Eisen(II)-hydroxid hat eine grüne Farbe, wenn es sich abgeschieden hat. Bei Kontakt mit Luft reagiert das Hydroxid mit dem Sauerstoff und es bildet sich Eisen(III)-oxidhydroxid. Das Eisen(III)-oxidhydroxid hat eine braune Farbe.
Entstehung und Herstellung von Metallhydroxiden
Metallhydroxide können entstehen, indem ein Metalloxid mit Wasser reagiert. Das soll anhand eines Beispiels in einer chemischen Reaktionsgleichung dargestellt werden. Hierbei soll Kaliumoxid verwendet werden. Aus Kaliumoxid und Wasser entsteht das Kaliumhydroxid, welches eine anorganische Base bilden kann.
Metallhydroxide werden häufig durch eine chemische Reaktion von einer Salzlösung mit einer Natron- oder Kalilauge hergestellt. Infolge dieser Reaktion scheidet sich ein Metallhydroxid ab. Diese anorganische Verbindung wird durch Filtration abgetrennt und anschließend gewaschen. Danach erfolgt die Trocknung der Verbindung. Es bildet sich jedoch durch diese chemische Reaktion kein Reinstoff. Neben dem erwünschten Metallhydroxid entstehen nach dem Abscheiden noch Metalloxidhydroxide.
Metallhydroxide – Verwendung
Metallhydroxide werden in der organischen Chemie eingesetzt. Die OH¯-Ionen, welche aus den Metallhydroxiden entstehen, werden als Nucleophile verwendet. Ein Beispiel ist die Reaktion von einem Chloralkan und Natriumhydroxid. Durch diese chemische Reaktion entstehen ein Alkanol, also ein Alkohol, und Natriumchlorid als Nebenprodukt. Diese Reaktion stellt eine nucleophile Substitution dar.
Neben der nucleophilen Substitution kann auch eine Eliminierung stattfinden. Die Eliminierung beschreibt die konkurrierende Reaktion zur nucleophilen Substitution. Bei einer Eliminierung entstehen aus den Edukten Chloralkan und Natronlauge ein Alken, Natriumchlorid und Wasser.
Metallhydroxide – Beispiele
Im folgenden Abschnitt werden drei bekannte Metallhydroxide und einige Informationen zu diesen Hydroxiden beschrieben.
Natriumhydroxid
Natriumhydroxid ist eine Verbindung, die aus einem einfach positiv geladenen Natrium-Ion und einem OH¯-Ion besteht.
Natriumhydroxid ist ein hygroskopisches Metallhydroxid. Das heißt, Natriumhydroxid zieht Wasser an, welches beispielsweise als Luftfeuchtigkeit vorliegt.
Natriumhydroxid ist in Wasser gut löslich. Bei dem Lösevorgang von diesem Hydroxid entsteht viel Wärme. Die entstehende Lösung wird Natronlauge genannt und ist eine chemische Base. Je nach Konzentration kann es durch die Eigenschaften als Base auch zu einer stark ätzenden Wirkung durch die Lösung kommen.
Natriumhydroxid kann mit dem Kohlenstoffdioxid der Luft reagieren, sodass sich die Verbindung Natriumcarbonat bildet.
Calciumhydroxid
Calciumhydroxid ist eine Verbindung aus einem zweifach positiv geladenen Calcium-Ion und zwei OH¯-Ionen.
Calciumhydroxid hat keine gute Löslichkeit in Wasser. Zudem sinkt die Löslichkeit mit höher werdender Temperatur. Eine wässrige Calciumhydroxid-Lösung, die gesättigt ist, wird Kalkwasser genannt. Auch diese Lösung ist eine Base. Kalkwasser wird in der anorganischen Chemie unter andrem für eine Nachweisreaktion von Kohlenstoffdioxid verwendet.
Bariumhydroxid
Bariumhydroxid besteht aus einem zweifach positiv geladenen Barium-Ion und zwei OH¯-Ionen.
Bariumhydroxid ist in Wasser löslich, wobei dies abhängig von der Temperatur ist. Die Löslichkeit des Hydroxids ist jedoch nicht so gut wie die von Natrium- und Kaliumhydroxid. In Wasser gelöstes Bariumhydroxid wird Barytwasser genannt. Auch Barytwasser ist eine anorganische Base.
Bariumhydroxid reagiert mit Kohlenstoffdioxid zu Bariumcarbonat. Diese chemische Reaktion ist ebenfalls mit Salzen, die Carbonat-Ionen beinhalten, möglich. Bariumcarbonat scheidet sich ab, da es eine schlechte Wasserlöslichkeit hat. Die Reaktion von Barytwasser mit Carbonat-Ionen kann auch als Nachweisreaktion für diese Ionen genutzt werden.
Metallhydroxide - Das Wichtigste
- Metallhydroxide sind Verbindungen aus Metallkationen und Hydroxidionen.
- Alkalihydroxide, wie Natriumhydroxid, lassen sich gut in Wasser lösen, dissoziieren vollständig und sind starke, anorganische Basen.
- Metallhydroxide mit mehrwertigen Kationen, wie Bariumhydroxid, sind schwer in Wasser löslich, dissoziieren nicht komplett und sind schwache, anorganische Basen.
- Metallhydroxide entstehen, wenn sich die gelösten Metallkationen und Hydroxidionen abscheiden. Das Ausfällen von Hydroxiden ist dabei pH-Wert-abhängig.
- Metallhydroxide entstehen durch eine Reaktion von Metalloxiden mit Wasser oder durch eine Reaktion von einer Salzlösung mit Natron- oder Kalilauge.
- Metallhydroxide werden als Nucleophile verwendet, zum Beispiel bei einer nucleophilen Substitution.
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