Sauerstoff  O2  -  Ozon  O3
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©stu2005/11/29 (last update)

Vorkommen: 21% der Luft (78% N2, 1% Edelgase, etc.) und in Verbindungen (H2O, Gesteine, Sand). 
Der Sauerstoff der Luft wird von den Pflanzen bei der Photosynthese hergestellt, von Organismen und bei Verbrennungen verbraucht.
Eigenschaften: 2-wertig, kommt meist als O2 vor, selten als O3 (Ozon), gasförmig, farblos, geruchlos. Ozon ist auch farblos und gasförmig, allerdings hat es einen typischen Geruch.
Verwendung: Sauerstoff ist für Verbrennungen nötig. Normalerweise reagieren Brennstoffe mit dem Sauerstoff der Luft. Zum autogenen Schweißen verwendet man ein brennbares Gas und reinen Sauerstoff, sonst würde die Flamme nicht heiß genug sein. 
Sauerstoff wird auch in der Medizin gebraucht und bei Raketen, die mit Wasserstoff betrieben werden (Space Shuttle).
Herstellung: - O2 entsteht als Nebenprodukt bei der Wasserelektrolyse (siehe Kapitel "Wasserstoff")
- aus flüssiger Luft (Siedepunkt von O2 -183°C, von N2 -196°C)
- im Labor aus sauerstoffreichen Verbindungen:

O2 aus Wasserstoffperoxid (H2O2) mit Braunstein (MnO2) als Katalysator:

H2O2 ist eine Verbindung, die sich schwer herstellen lässt und dann gleich wieder zerfällt. Wenn man Braunstein dazugibt, dann zerfällt H2O2 sehr schnell zu H2O und O2, der Braunstein wirkt als Katalysator. Ein Katalysator* ist ein Stoff, der Reaktionen beschleunigt, ohne dabei verbraucht zu werden.

*Katalysator: Es gibt verschiedene Katalysatoren, z.B. den Abgas-Katalysator bei Benzin-Autos, der dafür sorgt, dass schädliche Bestandteile der Abgase zu harmlose Stoffen reagieren (der Kat ist kein Filter!). Auch in unserem Körper gibt es Katalysatoren (Enzyme oder Fermente), die z.B. bei der Verdauung dafür sorgen, dass die Nahrung abgebaut wird. 

......
H2O2
=>
......
H2O
+
......
O2

Versuche die Reaktionsgleichung richtigzustellen, Lösung auf der Lösungsseite.

O2 aus Kaliumnitrat KNO3:

In einem Reagenzglas (das an einem Stativ befestigt ist) wird Kaliumnitrat* so lange erhitzt, bis es geschmolzen ist. Man kann sehen, dass dabei ein Gas (Sauerstoff) entsteht. Wirft man in das Reagenzglas ein Stück Schwefel, so verbrennt es im reinen Sauerstoff mit greller Flamme und es wird so heiß, dass das Glas schmilzt. 

An der Luft (enthält nur 21% O2) verbrennt Schwefel (S) sehr langsam mit bläulicher Flamme, in reinem Sauerstoff geht das sehr schnell.


*Kaliumnitrat: KNO3 wird schon lange als Bestandteil von Sprengstoffen und Feuerwerksraketen verwendet, da es in der Hitze unter Bildung von Sauerstoff zerfällt. Explosionen sind sehr schnelle heftige Verbrennungen und sie funktionieren besser, wenn viel reiner Sauerstoff für die Reaktion zur Verfügung steht. Schwarzpulver besteht aus KNO3, Holzkohle und Schwefel. Das Kaliumnitrat zerfällt in der Hitze, der Kohlenstoff und der Schwefel verbrennen sehr schnell und die entstehenden Gase führen zu einer Explosion, wenn diese Reaktion in einem Behälter stattfindet. 

......
KNO3
=>
......
KNO2
+
......
O2

Versuche die Reaktionsgleichung richtigzustellen, Lösung auf der Lösungsseite.

O2 aus Kaliumpermanganat (KMnO4):

......
KMnO4
=>
......
K2O
+
......
MnO2
+
......
O2

Versuche die Reaktionsgleichung auszugleichen (die ist allerdings nicht leicht!).

Nachweis von Sauerstoff

Da Verbrennungen in reinem Sauerstoff viel besser ablaufen, lässt sich reiner Sauerstoff mit einem glimmenden (glühenden) Holzspan nachweisen: In reinem Sauerstoff entflammt der Holzspan wieder.

Holzspan anzünden und löschen (dann glimmt er) - dann in das Gefäß mit reinem Sauerstoff:


Reaktionen mit Sauerstoff

Verbrennungen sind schnelle Reaktionen mit Sauerstoff, die mit Licht und Hitzeentwicklung einhergehen. 
Menschen und Tiere atmen Sauerstoff ein und "verbrennen" Nährstoffe um Energie zu gewinnen. Diese Reaktionen laufen langsam mit Hilfe von Enzymen (Bio-Katalysatoren) ab. 
Korrosion ("Rosten") ist auch eine Reaktion mit Sauerstoff. Wenn Eisen rostet, reagiert es mit Sauerstoff und es bildet sich Eisenoxid. 

Versuche folgende Reaktionsgleichung auszugleichen:

......
Fe
+
......
O2
=>
......
FeO
Fe zweiwertig
......
Fe
+
......
O2
=>
......
Fe2O3
Fe dreiwertig

Ozon  - O3

Ozon ist eine Art Sauerstoff, die sich unter besonderen Bedingungen bildet. Allerdings ist Ozon nicht stabil und zerfällt wieder schnell. Dabei entstehen einzelne O-Atome, die sehr gefährlichen "Sauerstoff-Radikale". Sie sind sehr aggressiv und reaktionsfreudig. O3 greift nicht nur die Schleimhäute an, sondern sogar Metalle. Ozon hat einen typischen Geruch, den man z. B. bei eingeschalteten UV-Lampen riechen kann.

Ozon entsteht
- wenn die Sonne scheint, beim Abbau von Luftschadstoffen 
- bei Kopierern und Laserdruckern 
- beim Schweißen 
- am Rand der Atmosphäre durch die UV-Strahlen der Sonne.

Wenn Ozon zerfällt bilden sich wieder Sauerstoff-Radikale (O:) die für den Menschen, Tiere und auch Pflanzen schädlich sind, da sie mit allem reagieren das ihnen begegnet.
Allerdings kann man diese Wirkung der Sauerstoff-Radikale auch nutzen: Sauerstoffradikale werden zum Desinfizieren und zum Bleichen (von Papier und auch von Obst-Flecken) eingesetzt.

"Gutes" Ozon Zwischen 10 und 30 km Höhe befindet sich die Ozonschicht, die uns vor den gefährlichen UV-Strahlen der Sonne schützt. 
 
wird zerstört durch:
- Treibgase (früher in Spraydosen)
- Kühlmittel (in Kühlschränken und Klimaanlagen)
- Abgase von hochfliegenden Jets
- Lachgas aus der Landwirtschaft
"Böses" Ozon: Kann es in bodennahen Luftschichten geben und ist für Lebewesen gefährlich.
bildet sich
- durch Reaktionen von Abgasen in der Luft
- durch Reaktionen beim Abbau von Lösungsmitteln in der Luft
- durch Blitzschlag und UV-Lampen

Wasserstoffperoxid - Sauerstoffbleiche

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