Molekülbaukasten – Organische Chemie
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Kategorie: Stoffgruppen
Hydroxide – Basen
Die Gruppe der Hydroxide wird durch ihren wichtigsten Vertreter – das Natriumhydroxid – bestimmt. Es sind salzähnliche Stoffe – Ionensubstanzen – , die das Hydroxidion \( (OH^- ) \) enthalten.
Allgemeine Eigenschaften: (Gruppenmerkmale)
- Basen sind ätzend!
- Basen sind Feststoffe
- gelöste Basen nennt man „Laugen“
- Basen zerfallen in Wasser in ihre Ionen
- Basen enthalten das Hydroxidion, welches auch das Strukturmerkmal der Gruppe ist
- Basen unedler Metalle sind weiß und geruchlos
- Basen aus unedlen Metallen (K,Na,Ca) lösen sich sehr gut in Wasser
- Basen färben den Indikator Unitest „Blau“ (LackmusRot: Blau, Phenolphtalein:rot/pink)
- Basen leiten gelöst und als Schmelze elektrischen Strom
Gut wasserlösliche Basen aus unedlen Metallen wie NaOH oder KOH bilden starke, ätzende Laugen. Des weiteren wären Ätzkali (Calciumhydroxid), Magnesiumhydroxid und Aluminiumhydroxid zu nennen, die von medizinischer und bautechnischer Bedeutung sind.
Gebildet werden die Basen (Hydroxide) durch die Reaktion von Metalloxiden mit Wasser:
\( Metalloxid + Wasser –> Metallhydroxid \)
Kaliumhydroxid (KOH) ist Hauptbestandteil von Reinigern für Oberflächen aus Edelstahl in Großküchen oder Anhaftungen und Verkrustungen an Grills und Backöfen. Die Fähigkeit organische Stoffe anzugreifen wird hier ausgenutzt. Das hygroskopische, weiße, feste und sehr gut wasserlösliche Kaliumhydroxid dient weiterhin zur Herstellung von Schmierseifen und Flüssigseifen.
Das weiße, schlecht lösliche Bariumhydroxid \( Ba(OH)_2 \) diente bis ins 18. Jahrhundert zur Herstellung von Eis. Seine Reaktion mit Wasser ist stark endotherm. Das ermöglichte eine Lagerung von Lebensmitteln auch in Gegenden, die ohne den obligatorischen Eiskeller der damaligen Zeit auskommen mussten. Bis heute hingegen nutzt man Bariumhydroxid als Zusatzstoff bei der Herstellung von optischem Glas . Dort sorgt für veränderte Strahlungsdurchlässe in TV-Glasscheiben, Sonnenbrillen und Fensterscheiben. und Im Labor des Chemikers dient es als Barytwasser zum qualitativen Nachweis von Kohlendioxid und Carbonaten.
Magnesiumhydroxid \( Mg(OH)_2 \) kommt in der Natur als Mineral Brucit vor. und wird vorallem zur Herstellung von Magnesiumoxid verwendet. In der Medizin findet es als Mittel zur Neutralisation von überschüssiger Magensäure und als leichtes Abführmittel Anwendung. Speiseöl wird es zur Entfernung von Schwefeldioxid zugesetzt. In der Abwassertechnik ist es ein Flockungsmittel. Als Lebensmittelzusatzstoff E 528 wird es Kakaoprodukten zugemischt. Es dient hier als Säureregulator und Aufschlussmittel,
Aluminiumhydroxid \( Al(OH)_3 \) ist das weltweit bedeutendste Flammschutzmittel, es zeigt hierbei eine sehr gute Rauchgasunterdrückung bei niedriger Dichte. Bei über 200°C wird aus dem Mineral Wassser abgespalten. Das feste, weiße und schlecht wasserlösliche salzartige Substrat wird in der Natur im Mineral Bauxit AlO(OH) als Gibbsit, Bayerit und Nordstrandit gefunden. 95% des Bauxits werden jedoch zur Aluminiumproduktion benutzt. Aluminiumhydroxid wird weiterhin zur Ummantelung des Minerals Titanoxid benutzt, welches in Sonnenschutzcremes eingesetzt wird, als Mittel zur Bekämpfung überschüssiger Magensäure, initiiert den Gewebsreiz als Bestandteil von Impfstoffen und darf dort in der EU zu 1250 µg in einer Dosis enthalten sein.
1933 wurde Calciumhydroxid \( Ca(OH)_2 \) als Mineral gefunden und erhielt den Namen Portlandit, wegen seiner Ähnlichkeit zum synthetisch erzeugten Portlandzement. Das Mineral ist selten zu finden und hat deshalb bergbautechnisch keine Bedeutung. Man stellt den dringend benötigten Löschkalk, so heißt die Base, durch das Kalklöschen nach dem Kalkbrennen aus dem dabei entstehenden Produkt Branntkalk CaO her. Das Calciumhydroxid wird nämlich hauptsächlich zur Herstellung von Mörtel verwendet. Wie auch Magnesium- oder Aluminiumhydroxid wird Calciumhydroxid als Mittel gegen überschüssige Magensäure eingesetzt. Weitere Einsatzgebiete sind die Zahnmedizin, wo es zur Desinfektion und zur Anregung der Dentinbildung eingesetzt wird. Als Säureregulator in der Lebensmittelindustrie (E 526) und es entfernt als Atemkalk das Kohlendioxid aus Narkose- und Atemgeräten.
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Kohlenwasserstoffe
Chemische Verbindungen, die aus Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen bilden die große Gruppe der Kohlenwasserstoffe (KW). Zu dieser Gruppe gehören ca. 2,5 Millionen bekannte Verbindungen. Sie sind in der Kohlenstoffchemie – der organischen Chemie – beheimatet, die von Antoine Laurent de Lavoisier erstmals beschrieben und von Justus von Liebig und Friedrich Wöhler begründet wurde.
Die große Vielfalt der Kohlenstoffchemie beruht auf der 4-Bindigkeit des Kohlenstoffs. Kohlenstoff kann mit 4 weiteren Atomen eine Verbindung eingehen.
Er bildet ketten- und ringförmige und auch kombinierte Moleküle aus.
Hier das Modell von Methan \( CH_4 \) dem einfachsten Kohlenwasserstoff. Seine Moleküle bestehen nur aus einem Kohlenstoffatom, an das 4 Wasserstoffatome gebunden sind.
Kettenförmige Moleküle kommen beispielsweise im Erdöl vor und können dort über 80 Kohlenstoffatome in einer Reihe aufweisen. Die Bindungswinkel aus dem Methan bleiben erhalten, so entstehen diese seltsamen Kohlenstoffskelette.
Dieser Stoff heißt Tetradekan und gehört zu den höheren Alkanen.
Ringförmige Strukturen findet man natürlich im Erdöl, aber auch in Alltagschemikalien wie Traubenzucker oder unserem Haushaltszucker sind so komplexe Moleküle zu finden.
Das ist das Molekül des Traubenzuckers ( \( C_6 H_{12} O_6 ) \). Die roten Kugeln stellen die Sauerstoffatome dar.
Die Besonderheit ist das Sauerstoffatom als Teil des Kohlenstoffringes.
Die Modelle kann man bei www.molview.org erstellen.
Alle Tiere und Pflanzen bilden solche Stoffe, die wir als Kohlenhydrate, Eiweiße, Fette, Aromastoffe, Düfte oder Enzyme kennen. In der Erdkruste finden wir Erdöl und Erdgas die „fossilen Kohlenwasserstoffe“. Das sind Stoffgemische aus vielen Kohlenwasserstoffen, deren Bestandteile wir zum Beispiel als Benzin oder Diesel nutzen. Aber auch Medikamente, Kunststoffe und viele weitere Produkte werden aus dem „flüssigen Gold“ -wie das Erdöl genannt wird- hergestellt.
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Natriumhydoxid – Natronlauge
Hydroxide sind meist wasserlösliche Feststoffe, die Basen genannt werden.
Löst man die Hydroxide in Wasser, so entstehen Laugen dieser Feststoffe.
Merke:
Diese Stoffe sind meist ätzend und färben den Indikator UNITEST blau bis violett.
Man sagt, diese Stoffe reagieren „alkalisch“/basisch. Für Basen gilt die Verdünnungsregel, da das Lösen meist stark exotherm verläuft!
„Erst das Wasser, dann die Lauge, sonst hast Du das Zeug im Auge!“
(Hier leicht abgewandelt.)
Natriumhydroxid (NaOH)
Die wichtigste Base mit einer jährlichen Produktion von 60.000.000 Tonnen ist Natriumhydroxid, ein Grundstoff der chemischen Industrie. Natronlauge ist die in Wasser gelöste Form des Natriumhydroxids, sie wird auch Ätznatron genannt.
Andere Namen dieser Substanz sind Ätznatron oder kaustisches Soda.
Natriumhydroxid ist geruchlos(Vorsicht!) , fest, weiß und stark hygroskopisch (wasserziehend). Die Löslichkeit von NaOH beträgt 1090g pro Liter
Wasser bei 20°C. Achtung! Natriumhydroxid löst sich stark exotherm
in Wasser.
Die Herstellung von Seife ist ebenso wie die Papierherstellung fest an die zerstörende Wirkung von Natronlauge gebunden. Rohrreiniger enthalten ebenfalls einen großen Anteil NaOH. In der Lebensmittelindustrie wird es als Reinigungsmittel für Behälter und Tanks verwendet, da es keimtötend ist. Schälmaschinen für Obst und Gemüse arbeiten mit der gewebsverflüssigenden, ätzenden Substanz. Auch die Färbung von Textilien und das Abbeizen von Holz wird mit Natronlauge durchgeführt. Dem Laugengebäck verleiht die Natronlauge seine typische braune Färbung und den seifigen Geschmack. Keine Angst! Die Natronlauge wird beim Backprozess durch ihre Reaktion mit dem Kohlendioxid der Luft zerstört und damit ungefährlich.
Natronlauge ist ätzend! (Sie zerstört Haut, Haare und menschliches Gewebe.)
Warum man Natronlauge nicht mit Aluminium zusammenbringen sollte:
Video Basen von „Musste wissen“
Video „Brezeln backen“
Video Abbeizen
Video „Jeans färben“
Video Seifenherstellung 1 (Die Base nicht mit Aluminium oder Holz einrühren)
Video Seifenherstellung 2
Mandarinen schälen mit Lauge
Mandarinen schälen (Hier alternativ mit Salzsäure)
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