Metalloxide und Nichtmetalloxide: Aufbau und Formeln

Der Name Oxid leitet sich vom lateinischen Wort Oxygenium ab, was Sauerstoff bedeutet. Oxide sind Verbindungen von verschiedenen Elementen mit Sauerstoff, in denen Sauerstoff eine Oxidationszahl von -2 hat. Sie entstehen durch die Reaktion eines Elementes mit Sauerstoff, einer sogenannten Oxidation, bei der dem Element vom Sauerstoff Elektronen entzogen werden.

Einteilung der Oxide

Grundsätzlich wird zwischen Metalloxiden und Nichtmetalloxiden unterschieden. Welches Oxid vorliegt, ist also davon abhängig, ob ein Metall oder ein Nichtmetall mit Sauerstoff reagiert hat. Die Nutzung und Möglichkeiten der Verwendung von Oxiden sind divers.

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Metalloxide

Einige Metalloxide lassen sich in hoher Zahl in der Erdkruste finden, sie liegen oft in fester und kristalliner Form vor. Die meisten von ihnen sind spröde, hart und haben hohe Schmelzpunkte. Ihre Eigenschaften ähneln denen von Salzen.

Eisenoxide finden beispielsweise Anwendung als Farbpigment zur Herstellung von Malerfarbe, das Zinkoxid kommt in Pudern und Salben vor und aufgrund einer hohen Schmelztemperatur eignen sich manche Metalloxide zur Ausmauerung in Öfen.

Beispiele Metalloxide

• ​$$Aluminium + Sauerstoff \rightarrow Aluminiumoxid$$​​
• ​$$Kupfer + Sauerstoff \rightarrow Kupferoxid$$​​
• ​$$Magnesium + Sauerstoff \rightarrow Magnesiumoxid$$​​

Nichtmetalloxide

Die Eigenschaften von Nichtmetalloxiden unterscheiden sich drastisch von jenen von Metalloxiden. Nichtmetalloxide kommen in verschiedenen Aggregatzuständen vor. Auch Du kennst schon einige Verbindungen dieser Gruppe. So ist Wasser eigentlich das Oxid von Wasserstoff, denn es entsteht aus der Oxidation von Wasserstoff mit Sauerstoff, es ist bei Normalbedingungen flüssig. Kohlendioxid, ein weiteres sehr bekanntes Nichtmetalloxid, von dem Du vielleicht schon gehört hast, liegt gasförmig vor und Phosphorpentoxid ist beispielsweise fest. Viele Nichtmetalloxide reagieren in Wasser sauer, ansonsten ist es aber eine sehr diverse Gruppe an Verbindungen.

Auch die Einsatzgebiete sind dementsprechend unterschiedlich. Das Schwefeldioxid zum Beispiel wird in der chemischen Industrie gerne als Konservierungsstoff genutzt, da es auf Pilze und Bakterien eine abtötende Wirkung hat. Phosphorpentoxid ist ein Trocknungsmittel, aus Siliziumdioxid wird Glas gemacht und Wasser ist ohnehin aus unserem Leben nicht wegzudenken.

Beispiele Nichtmetalloxide

• ​$$Kohlenstoff + Sauerstoff \rightarrow Kohlenstoffdioxid$$​​
• ​$$Schwefel + Sauerstoff \rightarrow Schwefeldioxid$$​​
  
• ​$$Stickstoff + Sauerstoff \rightarrow Stickstoffoxid$$​​
  

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Aufbau und Formeln von Oxiden

Oxide kommen in Form von Molekülen vor. Ein oder mehrere Sauerstoffatome sind dabei fest mit dem Ausgangselement verbunden. Zusammen bilden die zwei Elemente einen neuen Reinstoff, der eigene Eigenschaften hat. Die beiden Elemente lassen sich dabei nicht durch physikalische Trennverfahren voneinander trennen. Das nennt sich auch Molekülverbindungen. Wie die einzelnen Moleküle aussehen, hängt immer vom jeweiligen Oxid ab.

Während Metalloxide in der Regel in sehr großen Verbänden mit fester Bindung der einzelnen Moleküle untereinander und einer klaren und regelmäßigen Anordnung vorliegen, unterliegen die Moleküle der meist gasförmigen Nichtmetalloxide keiner festen Formation.

Die kleinste Einheit, aus denen sowohl die festen Verbände der Metalloxide als auch die losen Verbände der Nichtmetalloxide bestehen, sind einzelne Moleküle. Sie können auch als Baueinheit bezeichnet werden. Je nach Oxid sind die Moleküle aus verschieden vielen Atomen aufgebaut.

Beispiele für Metalloxide mit der Formel einzelner Baueinheiten und deren Zusammensetzung

• Aluminiumoxid mit der Formel $$Al_2O_3$$
  • besteht aus zwei Aluminium-Teilchen und drei Sauerstoff-Teilchen
  • Das Verhältnis von Aluminium zu Sauerstoff beträgt hier $$2:3$$​​
    
• Kupferoxid mit der Formel $$Cu_2O$$
  • besteht aus zwei Kupfer-Teilchen und einem Sauerstoff-Teilchen.
  • Das Verhältnis von Kupfer zu Sauerstoff beträgt hier $$2:1$$​​
    
• Magnesiumoxid mit der Formel $$MgO$$
  • besteht aus einem Magnesium-Teilchen und einem Sauerstoff-Teilchen.
  • Das Verhältnis von Magnesium zu Sauerstoff beträgt hier $$1:1$$​​
    

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Beispiel Nichtmetalloxide mit der Formel einzelner Moleküle und deren Zusammensetzung

• Kohlenstoffdioxid mit der Formel $$CO_2$$
  • besteht aus einem Kohlenstoff-Teilchen und zwei Sauerstoff-Teilchen.
  • Das Verhältnis von Kohlenstoff zu Sauerstoff beträgt hier $$1:2$$​​
    
• Kohlenstoffmonoxid mit der Formel $$CO$$
  • besteht aus einem Kohlenstoff-Teilchen und einem Sauerstoff-Teilchen.
  • Das Verhältnis von Kohlenstoff zu Sauerstoff beträgt hier $$1:1$$​​
    
• Schwefeldioxid mit der Formel $$SO_2$$
  • besteht aus einem Schwefel-Teilchen und zwei Sauerstoff-Teilchen.
  • Das Verhältnis von Kohlenstoff zu Sauerstoff beträgt hier $$1:2$$​​
    
• Stickstoffoxid mit der Formel $$NO$$
  •  besteht aus einem Stickstoff-Teilchen und einem Sauerstoff-Teilchen.
  • Das Verhältnis von Kohlenstoff zu Sauerstoff beträgt hier $$1:1$$​​

Molekülformel

Die Molekülformel oder auch Summenformel gibt die genaue Zusammensetzung eines Moleküls an.

1. Welche Elemente sind grundsätzlich an der Verbindung beteiligt.
   Zum Beispiel Sauerstoff (O), Aluminium (Al), Kupfer (Cu), Kohlenstoff (C), Stickstoff (N)
2. Wie viele Teilchen des jeweiligen Elementes sind an der Verbindung beteiligt sind, wird als tiefgestellte Zahl - also im Index - angegeben. Zum Beispiel $$Na_2O$$ bedeutet zwei Natrium-Teilchen und ein Sauerstoff-Teilchen. Wenn keine Zahl im Index steht, ist das als 1 im Index zu werten.

Verhältnisformel

Die Molekülformel gibt die tatsächlich vorliegenden Atomzahlen an, während die Verhältnisformel das kleinstmögliche Atomzahlenverhältnis angibt. Bei einem $$N_2O_4$$-Molekül ist beispielsweise das Verhältnis 1:2, die Summenformel gibt aber an, welches Molekül vorliegt und nicht nur das Verhältnis.

Formen der Oxidation

Es kann in schnelle und langsame Oxidationen unterschieden werden.

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Schnelle Oxidation

Verbrennungen oder Explosionen sind schnelle Oxidationen. Beispiele sind die Kraftstoffverbrennung im Motor, eine Sprengstoffexplosion oder die Entzündung eines Feuers.

Langsame Oxidation

Im Gegensatz zu schnellen Oxidationen sind langsame Oxidationen nicht mit hohen Temperaturen und Flammen assoziiert. Hierzu zählt das Verrosten von Metall oder die Energieumwandlung in den Zellen des menschlichen Körpers.

Achtung!
Unter Oxidation versteht man nicht nur die Reaktion mit Sauerstoff, sondern generell eine Elektronenabgabe. Die Oxidation hat aber vom Sauerstoff ihren Namen.

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