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.

Ohne den Sauerstoff aus der Luft könnten wir nicht leben; Luft enthält jedoch nur 21% Sauerstoff, den Hauptanteil macht Stickstoff aus. Bild: AntonioGuillem/CanStockPhoto

Was hat der Sauer-Stoff mit Säure zu tun?

Die englischen und französischen Bezeichnungen für Sauerstoff, oxygen bzw. oxygène, leiten sich aus dem Griechischen ab und bedeuten "der, der Säuren erzeugt". Diese Etymologie, auch erkennbar im deutschen "Sauerstoff", geht auf einen Fehler von Antoine Laurent de Lavoisier zurück, dem Begründer der modernen Chemie. Er glaubte, dass dieses 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

Seegras im Mittelmeer

Algen, Land- und Wasserpflanzen, wie das Seegras im Mittelmeer, produzieren den Sauerstoff in unserer Atmosphäre. 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. Algen und Pflanzen nehmen unter Einfluss von Licht Kohlenstoffdioxid auf, behalten die C-Atome zurück und geben die Sauerstoffatome als O2-Gas an die Umwelt ab. Dieser Vorgang läuft im Photosystem II der Pflanzen unter Beteiligung eines ungewöhnlichen Mangan-Calcium-Clusters ab, dessen Geometrie noch nicht ganz geklärt ist.

Für Taucher ein unerlässliches Gas

Taucherflaschen enthalten keinen reinen Sauerstoff, sondern im Normalfall Druckluft mit rund 21% Sauerstoff. Zu hohe Sauerstoffkonzentrationen können beim Zentralnervensystem und bei der Lunge Schäden anrichten. Beim Tieftauchen steigt der Druck auf den Taucher und seine Ausrüstung so stark an, dass bereits der Sauerstoff-Partialdruck von gewöhnlicher Druckluft den menschlichen Körper schädigen würde. Man nutzt als Atemgas 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. Der Bereich, in dem gasförmige Substanzen verbrennen, ist als Flamme sichtbar.

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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