Sauerstoff - Ozon
©stu2005/10/24 (last update)
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Sauerstoff

Eigenschaften: Gas, Siedepunkt -183°C, als O2 stabil, kommt auch als instabiles O3 vor, Wasserlöslichkeit nimmt mit steigender Temperatur ab (wichtig für Wasserlebewesen), bildet mit allen Elementen Oxide (O zweiwertig) manchmal Peroxide (O nicht zweiwertig), Bildung der Oxide (Verbrennung) ist exotherm (Energie wird frei):

... C  + ... O2  =>  ... CO2
... P  + ... O2  => ... P2O5
... Ca  + ... O2 => ... CaO

Vorkommen: Häufigstes Element in der Erdrinde, dritthäufigstes im Universum, 21% der Atmosphäre, wird von den Pflanzen bei der Photosynthese erzeugt, Hauptvorkommen in Gesteinen (Quarz SiO2 , Kalk CaCO3, etc.), Wasser (1/1000 der Menge), vergleichsweise sehr wenig in Wasser. 

Gewinnung: Hauptsächlich durch Destillation von flüssiger Luft, Nebenprodukt der Wasserstoffherstellung durch Wasser-Elektrolyse. 
Im Labor lässt sich Sauerstoff aus sauerstoffreichen Verbindungen herstellen:

aus H2O2 mit MnO2 als Katalysator: ... H2O2    =>   ... H2O   +   ... O2
aus KMnO4 in der Hitze: ... KMnO4 =>  ... K2O   + ... MnO2 + ... O2
aus KNO3 in der Hitze: ... KNO3   =>  ... KNO2 + ... O2

KMnO4 in der Hitze
H2O2 zerfällt 
S verbrennt in reinem O2

Verwendung: Sauerstoff wird hauptsächlich zum autogenen Schweißen verwendet, sowie in der Stahlindustrie, zur Salpetersäureherstellung, als Raketentreibstoff, als Atmungssauerstoff  und für medizinische Zwecke. 
Atemluft muss mindestens 7% Sauerstoff enthalten, reines O2 ist schädlich, ein Mensch verbraucht jährlich ca. 300 kg O2

Sauerstoffreiche Verbindungen wie Kaliumnitrat, Kaliumchlorat und Kaliumperchlorat zerfallen leicht unter Abgabe von Sauerstoff, daher werden sie in Sprengstoffen (Schwarzpulver = KNO3 + C + S) Treibladungen für Feuerwerks- und Weltraumraketen sowie in Zündhölzern und Knallkörpern verwendet. 
Eine andere Möglichkeit zur Herstellung von Sprengstoffen: -NO3 bzw. -NO2-Gruppen hängen direkt an organischen Molekülen ("Nitroglyzerin", "Trinitrotoluol", "Nitrocellulose"): So ist der Sauerstoff noch näher an C und H, mit denen er zu CO2 und H2O reagiert. CO2 und H2O sind (in der Hitze) gasförmig - nehmen also ein großes Volumen ein - dies führt zur Explosion. 

Ozon

Ozon bildet sich unter dem Einfluss von UV-Strahlung in der Ozonschicht und beim Abbau verschiedener (Luftschad)-Stoffe in der bodennahen Atmosphäre. 
Ozon ist instabil und zerfällt unter Bildung von O2 und O:-Radikalen*. Diese Radikale sind sehr aggressiv, wirken keimtötend, schädigen die Schleimhäute und greifen sogar Metalle an. 
Die Ozonschicht (Maximum in ca. 25 bis 30 km Höhe) schützt uns vor der UV-Strahlung. 

*Radikale haben ungepaarte Elektronen und sind sehr reaktionsfreudig.


Bodennahes Ozon ("Böses Ozon") bildet sich beim Abbau von NO, NO2, CO, CH4 und anderen Kohlenwasserstoffen unter Einwirkung von UV-Licht (Sonne). 
CO stammt vom Verkehr, Heizungen, Kraftwerken 
NOx (Stickoxide) stammen vom Verkehr, Industrie, Kraftwerken und Sprengstoffexplosionen 
CH4  stammt vom Umgang mit Erdgas und von anaeroben Mikroorganismen (Fäulnis, Rindermägen, Reisanbau, etc.) 
andere KWSt. stammen von Treibstoffen, Lösungsmitteln, Verkehr, Industrie.

Ozonschicht ("Gutes Ozon") bildet sich unter Einfluss der UV-Strahlung der Sonne am Rand der Atmosphäre aus O2. Dieses Ozon wird durch chlorierte Kohlenwasserstoffe (CKW), Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW), Lachgas (N2O) und die Abgase hochfliegender Jets zerstört. 
CKW / FCKW: Stammen aus Spraydosen, Kunststoffschäumen, Kühl- und Lösungsmitteln. Ihr Einsatz ist mittlerweile teilweise eingeschränkt, allerdings dauert es über 10 Jahre, bis CKW zur Ozonschicht aufsteigen. 
N2O stammt aus Abgasen und aus dem Abbau von Nitraten (Dünger) durch denitrifizierende Bakterien.

Bildung von Ozon
Bildung von Chlor-Radikalen
Zerstörung des Ozon

"Ozon" (Uni Bielefeld)

Nachweis von Ozon durch Blaufärbung einer wässrigen KI/Stärkelösung: 
... KI  + ... O3  + ... H2O  => ... KOH  +...I 2  + ... O2    (I2 + Stärke gibt blaue Farbe)

Peroxide

Peroxide sind Sauerstoff-Verbindungen, die mehr Sauerstoff enthalten als "normale" Oxide (mit zweiwertigem Sauerstoff). 
H2O2 (Wasserstoffperoxid) zum Beispiel ist nicht stabil und zerfällt unter Abgabe von O:-Radikalen. Darauf beruht die bleichende Wirkung von Wasserstoffperoxid ("wasserstoffblond") beim Haarfärben und auch seine desinfizierende Wirkung. 
Vollwaschmittel enthalten als Bleichmittel "Perborate", die nicht nur Flecken durch Bleichen entfärben, sondern auch den Farben zusetzen. 
Auch die "Sauerstoffbleiche", die heute statt der "Chlorbleiche" in der Papierindustrie angewendet wird beruht auf Sauerstoffradikalen.

Sauerstoffbleiche - Wasserstoffperoxid

Lösungen der Reaktionsgleichungen
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