Sauerstoff – Eigenschaften, Chemie, Herstellung und Vorkommen
Erfahre alles über Sauerstoff, ein essentielles Element für das Leben. Von seiner chemischen Struktur bis zur industriellen Herstellung und vielfältigen Anwendungen – Sauerstoff ist unverzichtbar. Dies und vieles mehr findest du im folgenden Text!
Inhaltsverzeichnis zum Thema Sauerstoff
Sauerstoff im Überblick
Quelle sofatutor.com
Sauerstoff – Steckbrief
Das Sauerstoffatom hat die Ordnungszahl acht. Sauerstoff verfügt also insgesamt über acht Elektronen und Protonen. Außerdem besitzt Sauerstoff nach dem Atommodell acht Neutronen im Kern. Sauerstoff steht im Periodensystem in der zweiten Periode, besitzt also nach dem Schalenmodell zwei Elektronenschalen mit einer Elektronenkonfiguration von sechs Valenzelektronen bzw. Außenelektronen. Sauerstoff wird als Lewis-Formel in folgender Schreibweise dargestellt: |O=O|.
Sauerstoff kommt auch als Ozon O3 vor. In dieser Verbindung sind die Sauerstoffatome durch eine Dreifachbindung verbunden.
In der folgenden Tabelle sind die wichtigsten chemisch-physikalischen Eigenschaften von Sauerstoff aufgeführt:
| Eigenschaft | Wert |
|---|---|
| Aggregatzustand | gasförmig |
| Formelzeichen | O |
| Farbe | farblos |
| Atommasse/Massenzahl | 16 g/mol |
| molare Masse | 32 g/mol |
| Dichte | 1,43 g/cm3 |
| Elektronegativität | 3,5 |
| Schmelztemperatur | -218,3 °C |
| Siedepunkt | 183 °C |
Reaktionen mit Sauerstoff
In diesem Abschnitt werden für Sauerstoff typische chemische Reaktionen betrachtet. Reaktionen, an denen Sauerstoff beteiligt ist, sind in der Regel Oxidationen. Sauerstoffverbindungen werden als Oxide (mit der Oxidationszahl –II) oder Peroxide, hier hat Sauerstoff die Wertigkeit –I, bezeichnet. Außerdem ist Sauerstoff Bestandteil der funktionellen Gruppe der Hydroxide. Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über wichtige Sauerstoffverbindungen in der Chemie.
| Reaktionspartner | Reaktionsgleichung |
|---|---|
| Wasserstoff (H2) Mit Wasserstoff reagiert Sauerstoff in einer heftigen Reaktion, die als Knallgasreaktion bezeichnet wird. |
2H2 + O2 → 2H2O |
| Metalle Fast alle Metalle, mit Ausnahme einiger Edelmetalle, können mit Sauerstoff oxidiert werden. So kann z. B. durch Reaktion von Eisen mit Sauerstoff in mehreren Schritten Rost gebildet werden. Als Beispiel wird hier die Reaktion von Sauerstoff mit Aluminium Al gezeigt. |
2Al + 3O2 → 2Al2O3 |
| Kohlenwasserstoffe Kohlenwasserstoffe werden schrittweise mit Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid CO2 und Wasser umgesetzt. Hier ist das Beispiel der Oxidation von Methan CH4 gezeigt. |
CH4 + 2O2 → 2H2O + CO2 |
Sauerstoff – Vorkommen
Sauerstoff ist eines der am häufigsten vorkommenden Elemente. In reiner Form ist Sauerstoff nur in der Atmosphäre oder gelöst in Wasser zu finden. Die Konzentration von Sauerstoff in der Atemluft beträgt rund 21 %. Das Vorkommen von Sauerstoff in der Atemluft ist für fast alle Lebewesen von entscheidender Bedeutung. Durch die Oxidation energiereicher organischer Stoffe gewinnen Organismen Energie für alle Stoffwechselvorgänge. Die Löslichkeit von Sauerstoff in Wasser ist abhängig vom Druck und der Temperatur, insgesamt ist Sauerstoff in Wasser nicht gut löslich. Meist kommt Sauerstoff in Verbindungen vor, beispielsweise im Wassermolekül oder in Gesteinen der Erdkruste. Auch in vielen organischen Verbindungen kommt Sauerstoff gebunden vor und ist damit ein wichtiger Baustoff für alle Lebewesen.
Nachweis von Sauerstoff
Die Nachweisreaktion für Sauerstoff ist die Glimmspanprobe. Ein glimmender Holzstab leuchtet bei einer Sauerstoffkonzentration von über 28 % auf. Bei Anwesenheit von reinem Sauerstoff brennt der Holzstab.
Sauerstoff – Herstellung
Industriell kann Sauerstoff durch das Linde-Verfahren gewonnen werden. Dabei handelt es sich um eine fraktionierte Destillation der Luft.
Weitere Möglichkeiten der Herstellung von Sauerstoff sind die Elektrolyse von Wasser an Platinelektroden oder Kalilauge an Nickelelektroden und das Erhitzen von Salzen, wobei reiner Sauerstoff freigesetzt wird.
Sauerstoff – Verwendung
Die Bedeutung von Sauerstoff ist in vielen Bereichen gegeben:
- Oxidationsvorgänge, z. B. bei der Stahlproduktion, bei Röstverfahren und der Säureproduktion
- Zum Schweißen
- In der Medizin zur Beatmung
- In Form von Ozon bildet Sauerstoff die Ozonschicht in der Atmosphäre.
Häufig gestellte Fragen zum Thema Sauerstoff