See võrdlus uurib oksiidide ja hüdroksiidide struktuurilisi ja reaktiivseid erinevusi, keskendudes nende keemilisele koostisele ja käitumisele vesikeskkonnas. Kui oksiidid on hapnikku sisaldavad binaarsed ühendid, siis hüdroksiidid sisaldavad polüaatomilist hüdroksiidi iooni, mis põhjustab selgeid erinevusi termilise stabiilsuse, lahustuvuse ja tööstusliku kasulikkuse osas.
Esiletused
Oksiidid on binaarsed ühendid, samas kui hüdroksiidid peavad sisaldama vesinikku.
Metallhüdroksiidi kuumutamine muudab selle tavaliselt stabiilsemaks metalloksiidiks.
Mittemetallioksiidid võivad olla happelised, kuid metallhüdroksiidid on peaaegu eranditult aluselised või amfoteersed.
Hüdroksiidid on spetsiifilised liigid, mis Arrheniuse teoorias "aluseid" defineerivad.
Mis on Oksiid?
Keemiline ühend, mis koosneb oma keemilises valemis vähemalt ühest hapnikuaatomist ja ühest muust elemendist.
Primaarne ioon: oksiidioon ($O^{2-}$)
Koostis: Binaarne (kaks elementi)
Füüsikalised olekud: Esineb tahkete, vedelike või gaasiliste ainetena
Tekkimine: Oksüdeerumise või põlemise tulemus
Näited: $MgO$, $CO_2$, $Fe_2O_3$
Mis on Hüdroksiid?
Polüaatomilist hüdroksiidi iooni sisaldav ühend, mis toimib keemilistes reaktsioonides tavaliselt alusena.
Primaarne ioon: hüdroksiidioon ($OH^-$)
Koostis: Kolmekomponentne või kõrgem (sisaldab O ja H)
Füüsikalised olekud: Tavaliselt kristallilised tahked ained või vesilahused
Tekkimine: Oksiidide reaktsioon veega või sademetega
Näited: $NaOH$, $Ca(OH)_2$, $Al(OH)_3$
Võrdlustabel
Funktsioon
Oksiid
Hüdroksiid
Funktsionaalne rühm
Hapnikudianioon ($O^{2-}$)
Hüdroksiidi anioon ($OH^-$)
Keemiline struktuur
Binaarsed ühendid
Polüaatomilised ioonühendid
Termiline stabiilsus
Väga stabiilne kõrgetel temperatuuridel
Kuumutamisel laguneb sageli
Happe-aluse olemus
Võib olla happeline, aluseline või amfoteerne
Valdavalt aluseline või amfoteerne
Koostoime veega
Reageerivad sageli, moodustades hüdroksiide
Dissotsieeruvad, vabastades $OH^-$ ioone
Levinud looduslik vorm
Maagid ja mineraalid (hematiit, boksiit)
Leeliselised mineraalid ja sademed
Liimimise tüüp
Ioonne või kovalentne
Peamiselt ioonne (kovalentse $OH$-ga)
Üksikasjalik võrdlus
Koostis ja aatomside
Oksiidid liigitatakse binaarseteks ühenditeks, kuna need koosnevad hapnikust, mis on seotud ainult ühe teise elemendiga. Side võib ulatuda puhtalt ioonsest metallioksiidides kuni väga kovalentse sidemeni mittemetallioksiidides. Hüdroksiidid sisaldavad aga alati vesinikku osana polüaatomilisest $OH^-$ rühmast, kus hapnik ja vesinik on omavahel kovalentselt seotud, samas kui rühm tervikuna moodustab tavaliselt ioonse sideme metalli katiooniga.
Termiline stabiilsus ja lagunemine
Metalloksiidid on üldiselt kuumusele vastupidavamad kui nende hüdroksiidid. Kui paljud metallhüdroksiidid puutuvad kokku kõrgete temperatuuridega, läbivad nad dehüdratsioonireaktsiooni, kaotades veemolekule, et need tagasi vastavaks stabiilseks oksiidiks muunduda. Seda omadust kasutatakse sageli tööstuslikes kaltsineerimisprotsessides, et toota mineraalmaagidest puhtaid metalloksiide.
Käitumine vesilahustes
Lahustuva oksiidi reaktsioon veega tekitab tavaliselt hüdroksiidi lahuse, näiteks kaltsiumoksiidi reageerimisel veega tekib kaltsiumhüdroksiid. Lahuses annavad hüdroksiidid otse $OH^-$ ioone, mis määravad vedeliku leeliselisuse. Kuigi mõned oksiidid on lahustumatud või moodustavad happelisi lahuseid (nagu vääveldioksiid), on hüdroksiidid peamised liigid, mis vastutavad kõrge pH taseme eest aluselistes vesikeskkondades.
Tööstus- ja keskkonnarollid
Oksiidid on metallide ekstraheerimise peamine allikas, esinedes looduslikult mineraalidena nagu magnetiit või rutiil. Samuti on need atmosfäärikeemias olulised kasvuhoonegaaside või saasteainetena. Hüdroksiidid leiavad oma otsese leeliselise toime tõttu suurimat kasutust keemilises töötlemises, näiteks seepide ja paberi tootmisel ning neutraliseerivate ainetena reoveepuhastuses.
Plussid ja miinused
Oksiid
Eelised
+Kõrge kuumakindlus
+Looduslik küllus
+Mitmekülgsed pH-rollid
+Tihe materjali struktuur
Kinnitatud
−Raske lahustuda
−Kõrge energia moodustumine
−Võimalikud gaasilised saasteained
−Mõnes vormis inertne
Hüdroksiid
Eelised
+Otsene leeliseline allikas
+Kõrge vees lahustuvus
+Tõhus neutraliseeriv aine
+Madala temperatuuri reaktsioonivõime
Kinnitatud
−Termiliselt ebastabiilne
−Kudedele söövitav
−Neelab $CO_2$ kiiresti
−Piiratud gaasilised vormid
Tavalised eksiarvamused
Müüt
Kõik oksiidid on aluselised ained.
Tõelisus
See on vale; kuigi metalloksiidid on sageli aluselised, on mittemetalloksiidid, näiteks süsinikdioksiid või vääveltrioksiid, happelised. Mõned, näiteks alumiiniumoksiid, on amfoteersed ja võivad toimida nii hapete kui ka alustena.
Müüt
Hüdroksiidid on lihtsalt oksiidid, mis on märjaks saanud.
Tõelisus
Need on erinevad keemilised liigid. Kuigi vee lisamine oksiidile võib moodustada hüdroksiidi, on see keemiline reaktsioon, mis loob uusi sidemeid ja muudab aine sisemist kristallstruktuuri.
Müüt
Kõik oksiidid on toatemperatuuril tahked ained.
Tõelisus
Oksiidid võivad esineda mis tahes olekus. Näiteks vesi ($H_2O$) ja süsinikdioksiid ($CO_2$) on tavalised oksiidid, mis esinevad standardtingimustes vastavalt vedelike ja gaasidena.
Müüt
Iga alus on hüdroksiid.
Tõelisus
Kuigi hüdroksiidid on tavalised alused, on aluse definitsioon palju laiem. Paljud ained, näiteks ammoniaak või karbonaadid, toimivad alustena ilma, et nende algvalem sisaldaks hüdroksiidiooni.
Sageli küsitud küsimused
Mis on oksiidi ja hüdroksiidi peamine struktuuriline erinevus?
Peamine erinevus seisneb kaasatud ioonides. Oksiid sisaldab $O^{2-}$ iooni, mis on seotud teise elemendiga, samas kui hüdroksiid sisaldab $OH^-$ polüaatomilist iooni, mis hõlmab nii hapnikku kui ka vesinikku.
Miks mõned oksiidid vees hüdroksiidideks muutuvad?
Lahustuvad metalloksiidid reageerivad veemolekulidega hüdratsioonireaktsioonis. Veemolekul ($H_2O$) ja oksiidioon ($O^{2-}$) reorganiseeruvad efektiivselt, moodustades kaks hüdroksiidiooni ($OH^-$), mille tulemuseks on aluseline lahus.
Kas oksiid võib olla hape?
Jah, paljusid mittemetallioksiide peetakse happelisteks oksiidideks või happeanhüdriidideks. Vees lahustudes moodustavad nad happeid, näiteks süsinikdioksiidi, mis moodustab süsihappe, või vääveltrioksiidi, mis moodustab väävelhappe.
Mis juhtub metallhüdroksiidi kuumutamisel?
Enamik metallhüdroksiide laguneb kuumutamisel termiliselt. See protsess eemaldab veeauru ja jätab maha tahke metalloksiidi – seda tehnikat kasutatakse selliste materjalide valmistamiseks nagu kustutatud lubi hüdreeritud lubjast.
Kas hüdroksiidid on oksiididest söövitavamad?
Vesikeskkonnas on lahustuvad hüdroksiidid üldiselt orgaanilise aine suhtes söövitavamad, kuna need vabastavad koheselt suure kontsentratsiooniga $OH^-$ ioone. Mõned oksiidid võivad aga olla sama ohtlikud, kui nad reageerivad nahal oleva niiskusega ägedalt.
Kas vett peetakse oksiidiks?
Tehnilises mõttes jah. Vesi ($H_2O$) on vesiniku oksiid. See on ainulaadne juhtum, kus oksiid on neutraalne, mitte rangelt happeline või aluseline, ning see toimib lahustina enamiku teiste oksiid-hüdroksiidreaktsioonide jaoks.
Kuidas oksiide terasetööstuses kasutatakse?
Terasetööstus tugineb maakides leiduvatele raudoksiididele. Neid oksiide redutseeritakse kõrgahjus süsiniku (koksi) abil hapniku eemaldamiseks, mille tulemuseks on sula raud, mis seejärel teraseks töödeldakse.
Kumb on looduses levinum, oksiidid või hüdroksiidid?
Oksiide leidub maakoores üldiselt mineraalidena rohkem, kuna nad on termiliselt stabiilsemad ja geoloogilise aja jooksul vähem lahustuvad. Hüdroksiide leidub sagedamini keskkondades, kus on märkimisväärne kokkupuude veega ja madalamad temperatuurid.
Kas kõik metallid moodustavad nii oksiide kui ka hüdroksiide?
Enamik metalle suudab moodustada mõlemat, kuid igaühe stabiilsus on erinev. Väga mittereaktiivsed metallid, näiteks kuld, ei pruugi kergesti moodustada kummagi stabiilseid versioone, samas kui reaktiivsed metallid, näiteks naatrium, moodustavad mõlemad kergesti, kuigi hüdroksiid on niiskuse juuresolekul stabiilsem vorm.
Mis on amfoteerne oksiid?
Amfoteerne oksiid on ühend, mis olenevalt tingimustest reageerib kas happe või alusena. Alumiiniumoksiid ($Al_2O_3$) ja tsinkoksiid ($ZnO$) on klassikalised näited, mis võivad neutraliseerida nii tugevaid happeid kui ka tugevaid aluseid.
Otsus
Valige oksiidid kõrgel temperatuuril tulekindlate rakenduste, metallide sulatamise või keemiliste lähteainetena. Valige hüdroksiidid ülesannete jaoks, mis nõuavad otsest pH reguleerimist, vesilahuse leeliselisust või keemilist neutraliseerimist labori- ja tööstuskeskkonnas.