Sauerstoff

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von Ron Kurtus (überarbeitet am 4. April 2018)

Sauerstoff ist ein chemisches Element mit der atomaren anzahl der 8. Es ist ein farbloses Gas, das für das Leben, wie wir es kennen, essentiell ist. Da es in Wasser leicht löslich ist, unterstützt es auch das Leben auf Wasserbasis. Sauerstoff verbindet sich durch Oxidation mit vielen anderen Elementen. Es ist das am häufigsten vorkommende Element auf der Erde und macht 21% der Atmosphäre aus.Als Verbindung ist Sauerstoff in Wasser, in Pflanzen und Tieren und in einem Großteil des festen Materials, aus dem die Erde besteht, vorhanden. Tausende von Verbindungen enthalten Sauerstoff, zusammen mit Kohlenstoff, Wasserstoff und anderen Elementen. Sauerstoff kann durch Erhitzen bestimmter Sauerstoffverbindungen, durch Elektrolyse oder durch Verflüssigung von Luft hergestellt werden.

Zu den Fragen, die Sie möglicherweise haben, gehören:

• Was sind die Eigenschaften von Sauerstoff?
• Wo kommt Sauerstoff in der Natur vor?
• Wie wird Sauerstoff aufbereitet oder abgetrennt?

Diese Lektion beantwortet diese Fragen.

Eigenschaften von Sauerstoff

Die Ordnungszahl von Sauerstoff ist 8, was bedeutet, dass er 8 Protonen in seinem Kern hat. Sein Atomgewicht oder seine Atommasse beträgt ungefähr 16 für das häufigste Isotop von Sauerstoff (16O), das 99,76% des in der Natur vorkommenden Sauerstoffs ausmacht. Andere stabile Isotope von Sauerstoff sind 17O und 18O.

(Siehe Isotope für weitere Informationen zu diesem Thema.)

Sauerstoff ist ein farbloses, geruchs- und geschmacksneutrales Gas, das etwas schwerer als Luft ist. Es ist wichtig, um das Leben aller Lebewesen zu erhalten.

Sauerstoffgas wird immer als O2-Molekül gesehen. Das Sauerstoffatom wird fast nie von selbst gesehen. In einigen Fällen verbinden sich drei Sauerstoffatome zu Ozon
(O3). Ozon ist in der oberen Atmosphäre wichtig, um zu verhindern, dass harte ultraviolette Strahlen Lebewesen schädigen. In der Nähe der Erde gilt Ozon als Reizstoff für die Atmung und als Teil der Luftverschmutzung.

Es ist nur wenig wasserlöslich. Obwohl sich nur eine geringe Menge Sauerstoff in Wasser löst – etwa 4 Teile Sauerstoff zu 100 Teilen Wasser. Diese Menge an Sauerstoff im Wasser ist ausreichend für die lebenswichtigen Bedürfnisse der großen Anzahl von Lebewesen, die unsere Ozeane, Seen und Flüsse bewohnen.

Obwohl Sauerstoff bei normalen Temperaturen ein Gas ist, kann es durch extreme Kälte verflüssigt werden. Bei einer Temperatur von -183 ° C verwandelt sich Sauerstoff in eine hellblaue Flüssigkeit. Bei -219° C wird flüssiger Sauerstoff zu einem bläulich-weißen Feststoff.

Bei ausreichender Erwärmung an der Luft verbinden sich viele Materialien mit dem Sauerstoff in der Luft und verbrennen. Wenn in reinem Sauerstoff platziert, kann die Verbrennung und Oxidation sehr intensiv sein. Beispiele für gebräuchliche Materialien, die mit Sauerstoff kombiniert werden, sind:

C + O2 → CO2 (Kohlendioxid)

S + O2 → SO2 (Schwefeldioxid)

3Fe + 2O2 → Fe3O4 (Eisenoxid oder Rost)

(Weitere Informationen zu diesem Thema finden Sie unter Oxidation.)

Vorkommen von Sauerstoff in der Natur

Sauerstoff ist das häufigste aller in der Natur vorkommenden Elemente. Es kommt sowohl als Gas als auch als Teil einer großen Anzahl von Verbindungen vor.Sauerstoffgas kommt hauptsächlich in der Atmosphäre vor, die ungefähr 21 Volumenprozent Sauerstoff enthält, zusammen mit 78% Stickstoff und geringen Mengen anderer Gase. Etwas Sauerstoff wird auch in Wasser gelöst gefunden.

Als Verbindung ist Sauerstoff in Wasser, in pflanzlichen und tierischen Substanzen und in dem festen Material, aus dem die Erde besteht, vorhanden. Tausende von Verbindungen wie Stärke, Cellulose, Zucker, Fett und Proteine enthalten Sauerstoff, der mit Kohlenstoff, Wasserstoff und anderen Elementen verbunden ist.Enorme Mengen an Sauerstoff werden mit Elementen kombiniert, aus denen Sand, Kalkstein und andere Gesteine und Materialien bestehen, die in der Erde vorkommen.

Herstellung von Sauerstoff

Die Entdeckung von Sauerstoff wurde 1774 von Joseph Priestley gemacht, als er das rote Oxid von Quecksilber (Quecksilberoxid oder HgO) erhitzte, um eine kleine Menge des Gases zu erzeugen.

2HgO → 2Hg + O2

Hinweis: O2bedeutet, es ist ein Gas

Labormethoden

Eine gängige Methode zur Erzeugung oder Herstellung von Sauerstoff im Labor ist die Zersetzung von Kaliumchlorat (KClO3). Wenn Kaliumchlorat erhitzt wird, schmilzt es zuerst und kocht dann, wobei es seinen Sauerstoff aufgibt. Die Gleichung für diese Reaktion lautet:

2KClO3 → 2KCL + 3O2

Eine andere Labormethode beinhaltet die Einwirkung von Wasser auf Natriumperoxid (Na2O2), wodurch Sauerstoff und Natriumhydroxid (NaOH) erhalten werden. Da diese Reaktion heftig sein kann, lässt man das Wasser langsam aus einem Trichter auf festes Natriumperoxid in einem Kolben tropfen. Die Methode zum Sammeln von Sauerstoff besteht darin, ihn durch ein Rohr zu leiten und in einer mit Wasser gefüllten Sammelflasche aufzublasen.

2Na2O2 + H2O → 4NaOH + O2

Kommerzielle Methoden

Eine kommerzielle Methode zur Herstellung von Sauerstoff beinhaltet die Elektrolyse von Wasser, die darin besteht, die Wasserverbindung mittels eines elektrischen Stroms aufzubrechen. Eine verdünnte Säure, wie Schwefelsäure, wird dem Wasser hinzugefügt, um es zu einem elektrischen Leiter zu machen. Gleichstrom wird dann durch die Lösung geleitet, und das Wasser wird in Sauerstoff- und Wasserstoffgase zersetzt.

Der Sauerstoff sammelt sich in einem Wasserrohr, das die positive (+) Elektrode (Anode) enthält, und der Wasserstoff sammelt sich in einem Wasserrohr, das die negative (-) Elektrode (Kathode) enthält.

2H2O → H2 + O2

Ein weiteres kommerzielles Verfahren beinhaltet die Destillation von flüssiger Luft. Wenn Luft mit hohem Druck und niedriger Temperatur angewendet wird, kann sie verflüssigt werden. Beim Erwärmen entweicht Stickstoff — der einen niedrigeren Siedepunkt als Sauerstoff hat — als Gas und hinterlässt fast reinen Sauerstoff als Flüssigkeit. Es kann dann entweder als Flüssigkeit oder als komprimiertes Gas in Metallbehältern gelagert werden.

Zusammenfassung

Sauerstoff ist ein farbloses Gas, das lebensnotwendig ist. Es ist in Wasser leicht löslich und unterstützt auch das Leben auf Wasserbasis. Sauerstoff verbindet sich durch Oxidation mit vielen anderen Elementen. Es ist das am häufigsten vorkommende Element auf der Erde und macht 21% der Atmosphäre aus. Als Verbindung ist Sauerstoff in Wasser, Lebewesen und einem Großteil des festen Materials, aus dem die Erde besteht, vorhanden. Sauerstoff kann durch Erhitzen bestimmter Sauerstoffverbindungen, durch Elektrolyse oder durch Verflüssigung von Luft hergestellt werden.

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Ressourcen und Referenzen

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