Sauerstoff (chemie-master.de - Website für den Chemieunterricht)

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Sauerstoff

15,9994 u
₈O

VI. Hauptgruppe
(Sauerstoff-Schwefel-Gruppe)
2. Periode
________________
16. Gruppe (IUPAC 89)

Elementart: Nichtmetall	Oxidationsstufe(n): -2 (-1)
Schmelztemperatur: -218,3 °C (54,8 K)	Elektronegativität: 3,5
Siedetemperatur: -182,96 °C (90,2 K)	Atomradius: 66 pm
Dichte: 0,001429 g/cm³ Litermasse: 1,429 g/L	Erdkrustenhäufigkeit: 49,4 %

Anordnung der Elektronen

...

Schalenmodell

Lewis-Schreibweise

Energieniveauschema

(Atom)

(Molekül O₂)
Siehe dazu: Disauerstoff

Das Sauerstoff-Atom erreicht den Edelgaszustand durch Aufnahme von zwei Elektronen:
O + 2 e^–

O^2–

Name

Namensgebung »oxygenium« (= Säurebildner) von Lavoisier, der irrtümlich annahm, dass dieses Gas für die Säurebildung verantworlich sei.

Entdeckung

1772 erhält Carl Wilhelm Scheele (1742-1785) durch Zersetzung von Quecksilberoxid (HgO) »Feuerluft«, teilt dies aber erst 1777 mit. 1774 gewinnt Joseph Priestley (1733-1804) durch Zersetzung von Quecksilberoxid mit Hilfe eines Brennglases ebenfalls Sauerstoff.

Nachbildung von Scheeles Versuchsaufbau (1772)

Nachbildung von Scheeles Versuchsaufbau zur Herstellung von Sauerstoff, gestaltet nach Scheeles klassischem Werk "Chemische Abhandlung von der Luft und dem Feuer" (Uppsala/Leipzig 1777). Die Aufnahme wurde in Scheeles Geburtshaus (Fährstraße 23, Stralsund, "Scheelehaus") gemacht. In einer Retorte wird das rote Quecksilberoxid erhitzt. Der bei der Hitzespaltung ("Thermolyse") frei werdende Sauerstoff wird in einer Schweinsblase aufgefangen.

Carl Wilhelm Scheele (1742-1785)

"Zusammen mit den englischen Naturforschern JOSEPH BLACK (1728-1799), HENRY CAVENDISH (1731-1810) und JOHN PRIESTLEY (1733-1804) gehört CARL WILHELM SCHEELE zu den Pionieren der Gaschemie ("pneumatischen" Chemie), die sich mit der Isolierung und Charakterisierung von Gasen und Dämpfen befasst."

Eigenschaften

Sauerstoff ist ein farb-, geruch- und geschmackloses Gas. In flüssiger und fester Form nimmt er eine hellblaue Farbe an.


Das Dewar-Gefäß enthält flüssigen Stickstoff mit einer Temperatur von -196 °C. In dieses Gefäß wird eine mit gasförmigem Sauerstoff gefüllte Kühlfalle gehalten. Die Fotos entstanden mit Unterstützung von Herrn Dr. von Zerssen im Physikalisch-Chemischen Institut der Justus-Liebig-Universität Gießen.	Sauerstoff kondensiert bei -183 °C. Es sammelt sich nach einiger Zeit flüssiger hellblauer Sauerstoff in dem Glasgefäß. Nimmt man die Kühlfalle aus dem flüssigen Stickstoff heraus, so überzieht sich ihre Außenwand sofort mit einer Eisschicht, die von dem in der Luft enthaltenen Wasserdampf herrührt.
Für Erläuterungen bitte mit dem Mauszeiger über die Abbildungen fahren.

Flüssiger Sauerstoff wird von einem Magneten angezogen.

Sauerstoff brennt nicht, unterhält aber eine Verbrennung. Wenn sich ein Stoff mit Sauerstoff verbindet, spricht man von einer Oxidation. Unter einer Verbrennung versteht man eine rasche Oxidation mit Flammenerscheinung. Es gibt aber auch Verbrennungen ohne Sauerstoff, z.B. solche mit Halogenen. Verbindungen mit Sauerstoff heißen Oxide.
Als Nachweis von reinem Sauerstoff kann die Glimmspanprobe dienen: Ein glimmender Holzspan flammt in Gemischen mit über 30% Sauerstoff auf.

Modifikationen

Disauerstoff O₂

Ozon, Trisauerstoff O₃
(Zur Darstellung der dreidimensionalen Moleküle ist das CHIME-Plug-in erforderlich.)

Vorkommen

In der Luft (20,9%), als gelöstes Gas in Gewässern (siehe

Tabelle "Löslichkeit von Sauerstoff in Wasser"), gebunden in der Erdkruste (ca. 50%), Ozon in der Stratosphäre in 10-50 km Höhe (»Ozonschicht«).

Kohlenstoff-Kreislauf:
Fotosynthese (Blattgrün, Sonnenlicht) erzeugt Sauerstoff:
Kohlenstoffdioxid + Wasser Organische Substanz + Sauerstoff

Fotosynthese bei der Wasserpest: Wasserpest (Elodea canadensis) bildet unter Lichteinwirkung in kohlenstoffdioxidhaltigem Wasser reichlich Sauerstoff, der in Form von Bläschen aufsteigt.

Der Abbau organischer Substanzen (Atmung, Verwesung) verbraucht Sauerstoff:
Organische Substanz + Sauerstoff Kohlenstoffdioxid + Wasser

Herstellung

Reiner Sauerstoff wird durch Verflüssigung der Luft gewonnen.

Sauerstoff wird aus Wasserstoffperoxid abgespalten.

Im Labor lässt sich Sauerstoff zum Beispiel durch die folgende Reaktion herstellen: Gibt man zu 30%-igem Wasserstoffperoxid etwas Mangan(IV)-oxid als Katalysator, so spaltet sich reiner Sauerstoff ab. Der in den Gasraum gehaltene glimmende Holzspan entzündet sich sofort.

2 H₂O₂

O₂ + 2 H₂O
Das Wiederaufflammen eines glimmenden Holzpans in reinem Suaerstoff nennt man "Glimmspanprobe".

Verwendung

Zum Schweißen und Schneiden von Metallen; in Atemgeräten; zur Stahlerzeugung nach dem Sauerstoff-Aufblasverfahren; zum Raketenantrieb.

Farb-
kennzeichnung
von Stahlflaschen
(DIN EN 1089-3)

für technische Zwecke		für medizinischen Gebrauch
	Flaschen- schulter: weiß Flaschen- körper: blau		Flaschen- schulter: weiß Flaschen- körper: weiß

Isotope

¹⁶O (99,762%), ¹⁷O (0,038%), ¹⁸O (0,200%)

Redox-Potenziale

HO₂^– + OH^– O₂ + H₂O + 2 e^–	-0,08 Volt
4 OH^– O₂ + 2 H₂O + 4 e^– (bei pH=14)	+0,401 Volt
H₂O₂ + 2 H₂O O₂ + 2 H₃O⁺ + 2 e^–	+0,68 Volt
6 H₂O O₂ + 4 H₃O⁺ + 4 e^– (bei pH=7)	+0,82 Volt
4 OH^– O₂ + 2 H₂O + 4 e^– (bei pH=7)	+0,82 Volt
3 OH^– HO₂^– + H₂O + 2 e^–	+0,87 Volt
6 H₂O O₂ + 4 H₃O⁺ + 4 e^–	+1,24 Volt
4 H₂O H₂O₂ + 2 H₃O⁺ + 2 e^–	+1,77 Volt
O₂ + 3 H₂O O₃ + 2 H₃O⁺ + 2 e^–	+1,90 Volt


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