Sauerstoff (O)

Von keinem anderen Element auf dieser Erde gibt es so viel wie vom Sauerstoff; er macht die Hälfte der Erdkruste aus. Wir leben in einer sauerstoffreichen Welt. Der grösste Teil dieser Sauerstoffatome ist allerdings in Steinen in Form von Siliziumoxid (SiO2) eingeschlossen und kann daraus nicht extrahiert werden.

Luft enthält nur 21% Sauerstoff, den Hauptanteil macht Stickstoff aus (Bild: AntonioGuillem/CanStockPhoto).

Eine Entdeckung in den Säuren

Im Griechischen bedeutet Sauerstoff "der, der Säuren erzeugt". Das deutsche "Sauer-Stoff" nimmt einen ähnlichen Bezug. Diese Etymologie geht auf einen Fehler von Antoine Laurent de Lavoisier zurück, dem Begründer der modernen Chemie. Er glaubte, dass das Element in allen Säuren vorkommt. Dies stimmt zwar für die grosse Mehrheit, jedoch nicht für die Chlorwasserstoffsäure (Salzsäure, HCl).

Sauerstoff wurde also in Säuren entdeckt, noch bevor man ihn in der Luft fand. Im Jahr 1771 erhitzten Scheele und Priestley gleichzeitig Kaliumnitrat und Quecksilberoxid, wobei Sauerstoff (O2) entstand. Sie erkannten jedoch nicht, dass es sich bei diesem Gas um ein Element handelt, sondern glaubten, dass es ihnen lediglich gelungen sei, Luft herzustellen. Lavoisier erkannte schliesslich die elementare Natur von Sauerstoff und bewies, dass Luft ein Gasgemisch ist.

Ein Bestandteil unserer Atmosphäre, hergestellt von Algen und Pflanzen

Posidonies en Méditerrannée

Algen, Land- und Wasserpflanzen, wie das Seegras im Mittelmeer, sind grosse Sauerstoffproduzenten. (Bild: PlanctonVideo/CanStockPhoto)

Die Luft unserer Atmosphäre enthält 21% des Gases O2, das für die Atmung lebender Organismen unentbehrlich ist. Dieser Prozentsatz war jedoch nicht immer gleich. Bei der Entstehung unseres Planten vor 4 bis 5 Milliarden Jahren enthielt die Atmosphäre überhaupt kein O2. Tatsächlich enthalten die ältesten auf der Erde existierenden Steine in Finnland oder im kanadischen Norden Eisen (in der Form von Silikat), das oxidiert und rostet, wenn man die Steine aus ihrem natülichen Millieu entfernt und sie frischer Luft aussetzt. Dies beweist, dass es zum Zeitpunkt der Entstehung dieser Steine keinen Sauerstoff auf der Erde gab.

Das in der Luft vorkommende O2-Gas entsteht wahrscheinlich ausschliesslich durch Photosynthese. Man weiss, dass Algen und Pflanzen unter Einfluss von Licht Kohlenstoffdioxid aufnehmen, die C-Atome zurückbehalten und die Sauerstoffatome als O2-Gas an die Umwelt abgeben. Der genaue Mechanismus dieses Vorgangs ist noch unbekannt, man weiss jedoch, dass er in einer Art kubischem Komplex mit vier Mangan-Atomen (Mn) abläuft.

Für Taucher ein unerlässliches Gas

So wie normale Luft nur 21% Sauerstoff enthält, enthalten Taucherflaschen im Normalfall keinen reinen Sauerstoff. Zu hohe Sauerstoffkonzentrationen können beim zentralen Nervensystem und bei der Lunge Schäden anrichten.

Tiefseetaucher müssen komprimierte Luft atmen, da der Luftdruck pro 10 Meter Tiefe um 1 Bar steigt. Ab einer bestimmten Tiefe besteht die komprimierte Luft jedoch nicht mehr aus der gewöhnlichen Mischung von 4/5 N2 und 1/5 O2. Man nutzt stattdessen spezifische Mischungen auf der Basis von Helium und mit niedriger Sauerstoffkonzentration.

Eine sehr reaktive Substanz

Unter den richtigen Bedingungen reagiert Sauerstoff mit praktisch allen anderen Elementen und bildet Oxide. Die chemischen Reaktionen von Sauerstoff nennt man Oxidationen. Geben sie Hitze ab, spricht man von Verbrennung. Die Verbrennung eines Gases ist eine Flamme.

Unter elektrischer Entladung reorganisieren sich die Atome des O2-Gases in Gruppen von drei Atomen und bilden so ein neues Gas: das Ozon (O3). Ozon hat einen harzigen Geruch und ist in hoher Konzentration giftig. Es zerfällt bereits nach etwa 20 Minuten. Kosmische Strahlung, die auf die obere Atmosphäre trifft, erzeugt eine Ozonschicht, die einen Teil der ultravioletten Strahlung der Sonne absorbiert.

Quelle: Maurice Cosandey / Redaktion SimplyScience.ch

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