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

  • Im Periodensystem der Elemente steht Sauerstoff in der VI. Hauptgruppe und der zweiten Periode. Es handelt sich um ein Nichtmetall.

  • Das Element Sauerstoff liegt unter Normalbedingungen gasförmig vor und ist farb- und geruchlos. Sauerstoff ist stark reaktionsfähig.
  • Das Symbol für Sauerstoff ist O. Sauerstoff liegt immer als Molekül vor, in der Regel als zweiatomiges Molekül O2. Reiner Sauerstoff tritt noch in einer weiteren Modifikation auf: Ozon O3.

  • Sauerstoff ist einer der Hauptbestandteile unserer Atmosphäre und kommt in sehr vielen organischen Verbindungen vor und ist damit für den Stoffwechsel von zentraler Bedeutung. Fast alle Lebewesen gewinnen ihre Energie aus Oxidationsvorgängen unter Beteiligung von Sauerstoff.

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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

Sauerstoff ist ein gasförmiges, chemisches Element, das sehr reaktiv ist. Sauerstoff kommt in reiner Form molekular in der Atmosphäre oder gelöst in Wasser vor. Gebunden kommt es in vielen organischen Verbindungen und in Gesteinen vor.

Sauerstoff kann durch das Linde-Verfahren, durch Elektrolyse oder Erhitzen sauerstoffhaltiger Salze hergestellt werden.

Sauerstoff hat acht Elektronen.

Sauerstoff verfügt über sechs Außenelektronen.

Sauerstoff kann mit der Glimmspanprobe nachgewiesen werden.

Sauerstoff hat acht Protonen.

Der in der Luft enthaltene Sauerstoff wird durch die Fotosynthese der Pflanzen produziert.

Sauerstoff kommt immer molekular vor. Er besteht aus zwei oder drei (Ozon) kovalent gebundenen Sauerstoffatomen.

Sauerstoff ist das achte Element.

Sauerstoff verfügt über sechs Valenzelektronen.

Sauerstoff ist ein farbloses Gas.

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