Sauerstoff
Sauerstoff, Symbol O (abgeleitet von oxygen: Säurebildner), farb- und geruchloses, gasförmiges Element mit der Ordnungszahl 8, das u. a. schwach magnetische Eigenschaften besitzt. Sauerstoff steht in der sechsten Hauptgruppe des Periodensystems und zählt zusammen mit den Elementen Schwefel, Selen und Tellur zu den Chalkogenen (Erzbildner). Auf der Erde kommt Sauerstoff häufiger als jedes andere Element vor - hauptsächlich in der Luft, im Wasser und in der Erdkruste. Sauerstoff wurde zunächst 1771/72 von dem schwedischen Chemiker Carl Wilhelm Scheele entdeckt, der dann 1777 diese "Feuerluft" näher beschrieb.
Unabhängig von ihm entdeckte auch der englische Chemiker Joseph Priestley 1774 dieses Gas, das er als "dephlogistierte Luft" bezeichnete. Dass es sich bei dem neuen Stoff um ein Element handelte, konnte erst der französische Chemiker Antoine Laurent Lavoisier in seinen Verbrennungsversuchen beweisen. Im Zuge dieser Experimente deutete Lavoisier die bei Verbrennungen ablaufenden Oxidationen richtig und leitete praktisch den Fall der damals noch gültigen Phlogistontheorie ein. Lavoisier gab dem neuen Element seinen Namen.
Sauerstoff ist zu 21 Volumenprozent bzw. 23,15 Gewichtsprozent in der Atmosphäre enthalten.
Ungefähr 85,8 Gewichtsprozent des Meerwassers bestehen aus Sauerstoff (reines Wasser enthält 88,8 Gewichtsprozent Sauerstoff). Außerdem ist Sauerstoff ein Bestandteil fast aller Gesteine und Mineralien - meist in Form von Oxiden. Er macht etwa 46,7 Gewichtsprozent der Erdkruste aus. Der menschliche Körper enthält rund 60 Prozent Sauerstoff (ebenfalls in gebundener Form). Der Sauerstoff findet sich in allen lebenden Geweben. Bei nahezu allen Pflanzen, Tieren und auch beim Menschen spielt der Sauerstoff eine entscheidende Rolle für die Lebensvorgänge, sei es in elementarer Form oder in Form seiner Verbindungen.
Es gibt drei Molekülstrukturen, in denen der Sauerstoff auftreten kann. Gewöhnlicher Sauerstoff besteht aus zweiatomigen Molekülen mit der chemischen Formel O2. Im Ozon liegen dreiatomige Moleküle vor: O3. Man kennt drei stabile Isotope des Sauerstoffs. Das häufigste ist der Sauerstoff 16 (mit der Massenzahl 16). 16O macht etwa 99,76 Prozent des normalen Sauerstoffs aus.
Bis in die sechziger Jahre diente die Atommasse des Isotops 16O als SSauerstoff ist Bestandteil vieler organischer und anorganischer Verbindungen. Er bildet mit fast allen Elementen (sogar mit einigen Edelgasen) Oxide. Eine chemische Reaktion eines Elements mit Sauerstoff, bei der dessen Oxid entsteht, wird als Oxidation bezeichnet. Allgemein versteht man darunter eine chemische Reaktion, bei der mindestens ein Elektron von dem oxidierenden Element (Elektronendonator) auf das Oxidationsmittel (in diesem Falle der Sauerstoff) übertragen wird. Sie verläuft bei den einzelnen Elementen unterschiedlich schnell oder heftig. Die normale Verbrennung ist eine Art der schnellen Oxidation.
Bei der spontanen Verbrennung wird infolge der Oxidationsreaktion Wärme frei. Dadurch bilden sich Flammen, und die Verbrennung schreitet selbständig fort.
Um diesen Prozess in Gang zu setzen, muss nur ein kleiner Teil der betreffenden Substanz auf sehr hohe Temperatur gebracht werden. Beispielsweise reagiert Phosphor so heftig mit Sauerstoff, dass er aufgrund der frei werdenden Reaktionswärme schmilzt. Dabei kommt es auGroße Mengen Sauerstoff benötigt man beim Hochtemperatur-Schweißen mit Schweißbrennern. In diesen wird der Düse über getrennte Leitungen ein Brenngas (z.
B. Acetylen) und Sauerstoff zugeführt. In der Brennerdüse mischen sich die Gase und liefern eine viel heißere Flamme als bei der Verbrennung des einfachen Brenngases in Luft. In der Medizin wird Sauerstoff zum künstlichen Beatmen von Patienten verwendet. Man benötigt ihn auch in Flugzeugen, die in so großen Höhen fliegen, dass die Sauerstoffkonzentration zum Atmen zu gering ist. Mit Sauerstoff angereicherte Luft setzt man bei der Stahlproduktion (siehe Eisen und Stahl) in den so genannten Herdschmelzöfen ein.
Hochreiner Sauerstoff wird bei bestimmten Produktionsschritten der Metallverarbeitung angewandt. Schließlich dient flüssiger Sauerstoff (Lox) auch, zusammen mit speziellen Brennstoffen (z. B. Kerosin oder Wasserstoff), zum Antrieb von Raketen.
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