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Sauerstoff (Expertenwissen)

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Die Autor*innen
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André Otto
Sauerstoff (Expertenwissen)
lernst du in der Sekundarstufe 3. Klasse - 4. Klasse

Beschreibung Sauerstoff (Expertenwissen)

Inhalt

Sauerstoff – Chemie

Ohne Sauerstoff ist unser Leben auf dieser Erde nicht möglich! Ein Mensch kann ohne den Sauerstoff in der Atemluft nur wenige Minuten überleben. Im Sinne einer Definition könnte man Sauerstoff ganz kurz beschreiben:
Sauerstoff ist das chemische Element mit dem Symbol $O$.
Das wäre aber zum Kennenlernen des Elements viel zu wenig! Du wirst sehen, dass die Chemie des Sauerstoffs sehr vielfältig ist.

Entdeckung und Vorkommen von Sauerstoff

Im 18. Jahrhundert gab es gleich drei berühmte Chemiker, die den Sauerstoff „entdeckt” haben: Carl Wilhelm Scheele und Joseph Priestley haben Sauerstoff bereits 1771 und 1774 im Labor hergestellt. Antoine Lavoisier gab dem Element 1779 den Namen „Sauerstoff“, denn er glaubte, dass alle Säuren ihn enthalten. Das Elementsymbol $O$ ist abgeleitet vom griechischen Oxygenium, das übersetzt so viel bedeutet wie säurebildend.

Etwa die Hälfte der Erdhülle enthält das chemische Element Sauerstoff. Die Erdatmosphäre besteht zu mehr als 20 Prozent aus elementarem Sauerstoff, zumeist als zweiatomiges Molekül $\ce{O2}$ und in sehr geringen Mengen auch als Ozon, das als dreiatomiges Molekül $\ce{O3}$ vorliegt. Die Landmassen enthalten Sauerstoff in gebundener Form, zumeist als Oxide des Siliciums und der Metalle. Die Ozeane, die Binnenseen und die Eisflächen bestehen aus Wasser – $\ce{H2O}$ – und damit zum größten Teil aus gebundenem Sauerstoff.

Die Stellung von Sauerstoff im Periodensystem

Sauerstoff hat die Ordnungszahl 8. Es steht im Periodensystem der Elemente in der VI. Hauptgruppe, der Sauerstoff-Gruppe, und in der 2. Periode über Schwefel. Damit zählt es zu den Nichtmetallen. Als Element der VI. Hauptgruppe hat Sauerstoff sechs Valenzelektronen. In Verbindungen mit anderen Elementen nimmt Sauerstoff meistens zwei Elektronen auf und hat damit die Oxidationszahl $-II$. In Peroxiden tritt Sauerstoff in der Oxidationszahl $-I$ auf. In sehr speziellen Sauerstoff‑Fluor‑Verbindungen kann es auch die Oxidationszahlen $+I$ und $+II$ annehmen.

Sauerstoff – Eigenschaften

Steckbrief   Sauerstoff
Atommasse $\pu{16 g//mol}$
molare Masse $\ce{O2}$ $\pu{32 g//mol}$
Dichte $\ce{O2}$ $\rho = \pu{1,43 g//cm3}$
Schmelzpunkt $\ce{O2}$ $\pu{ -218,3 °C}$
Siedepunkt $\ce{O2}$ $\pu{183 °C}$
Farbe $\ce{O2}$ farbloses Gas

Sauerstoff ist ein farbloses und geruchloses Gas. Seine Dichte ist etwas größer als die Dichte der Luft. Er löst sich in Wasser nur wenig, etwa 10‑20 Milligramm lösen sich in einem Liter Wasser.
Mit seiner hohen Elektronegativität von 3,5 (nach der Rochow‑Skala) ist Sauerstoff ein starkes Oxidationsmittel. Näheres dazu findest du in dem Video Oxidation und Reduktion.

Sauerstoff liegt normalerweise nicht atomar, sondern als zweiatomiges Molekül $\ce{O2}$ vor. Da die Erklärung der Verteilung der Elektronen (in den sogenannten Orbitalen) im Sauerstoff etwas komplizierter ist, behilft man sich mit unterschiedlichen Strukturformeln. Die folgende Strukturformel $\color{red}\cdot$ $ \overline {\underline {O}} –$ $\overline {\underline {O}}$$\color{red} \cdot$ zeigt, dass in $\ce{O2}$ zwei ungepaarte Elektronen vorliegen. Sauerstoff kann demnach als zweifaches Radikal beschrieben werden, man nennt diesen Sauerstoff auch Triplett‑Sauerstoff. Oft wird aber $O_2$ in seiner Struktur auch mit der Doppelbindung $O=O$ gezeigt. Beides ist richtig.

Sauerstoff kann in einer zweiten Modifikation als Ozon vorliegen. Ozon tritt als dreiatomiges Molekül $O_3$ auf. Die Molekülstruktur des Ozons kann man ebenfalls nicht einfach mit nur einer Strukturformel wiedergeben. Die Struktur stellt man am besten mit zwei Ladungen – in der Mitte positiv und außen negativ – dar. Es gibt dann zwei mögliche Grenzstrukturen: Die negative Ladung kann man entweder links oder rechts anordnen. Man spricht dann von Mesomerie. Moleküle, die Mesomerie aufweisen, sind besonders stabil.

$\color{red}^-$|$\overline {\underline {O}} –$ ${\underline {O}}^{+}= \overline {\underline {O}}$ $~~~\color{blue}\longleftrightarrow~~~$ $\overline {\underline {O}} =$ ${\underline {O}}^{+} –~ \overline {\underline {O}}$|$\color{red}^-$

Ozon ist bei größeren Konzentrationen im Gegensatz zum farblosen Sauerstoff himmelblau. Die Ozonschicht in der Erdatmosphäre ist sehr wichtig, da sie uns vor ultravioletter Strahlung der Sonne schützt. Abgase können die Bildung von bodennahem Ozon verursachen, das dann jedoch ein Umweltschadstoff ist.

Sauerstoff – Herstellung

Sauerstoff wird industriell aus flüssiger Luft nach dem Linde-Verfahren gewonnen.
Im Labor kann man Sauerstoff durch Erhitzen bestimmter Salze herstellen:

  • Beim Erhitzen von Kaliumpermanganat $\ce{KMnO4}$ entsteht Braunstein $\ce{MnO2}$, Kaliummanganat und Sauerstoff:
    $\ce{2 KMnO4 ->[{erhitzen}] MnO2 + K2MnO4 + 2 O2}$

  • Beim Erhitzen von Quecksilberoxid $\ce{HgO}$ entsteht elementares Quecksilber $\ce{Hg}$ und Sauerstoff:
    $\ce{2 HgO ->[{erhitzen}] 2 Hg + O2}$

  • Beim Erhitzen von Bariumperoxid $\ce{BaO2}$ entsteht Bariumoxid $\ce{BaO}$ und Sauerstoff:
    $\ce{2 BaO2 ->[{erhitzen}] 2 BaO + O2}$

  • Beim Erhitzen von Kaliumchlorat $\ce{KClO3}$ entsteht Kaliumchlorid $\ce{KCl}$ und Sauerstoff:
    $\ce{2 KClO3 ->[{erhitzen}] 2 KCl + 3 O2}$

  • Man kann zur Gewinnung von Sauerstoff im Labor auch Chlorkalk $\ce{CaCl(ClO)}$ mit Wasserstoffperoxid $\ce{H2O2}$ reagieren lassen:
    $\ce{CaCl(ClO) + H2O2 -> CaCl2 + H2O + O2}$

Chemische Reaktionen von Sauerstoff – Beispiele

Die meisten Reaktionen des Oxidationsmittels Sauerstoff sind Oxidationen.

  • Oxidation von Wasserstoff: Mit wenig zugeführter Aktivierungsenergie (ein Funke reicht) reagiert Sauerstoff explosionsartig mit Wasserstoff zu Wasserstoffoxid, $\ce{H2O}$, besser bekannt als Wasser:
    $\ce{2 H2 + O2 -> 2 H2O}$

Auch andere Nichtmetallelemente wie Kohlenstoff oder Stickstoff lassen sich mit Sauerstoff oxidieren. Sauerstoff reagiert unter normalen Umständen jedoch nicht mit den Halogenen Chlor, Brom und Iod und auch nicht mit den Edelgasen.

  • Oxidation von Alkalimetallen: Sauerstoff reagiert teilweise heftig mit den Alkalimetallen Lithium ($\ce{Li}$), Natrium ($\ce{Na}$), Kalium ($\ce{K}$), Rubidium ($\ce{Rb}$) und Cäsium ($\ce{Cs}$) unter Bildung der Alkalimetalloxide. Es folgt als Beispiel die Reaktionsgleichung für die Verbrennung von Natrium zu Natriumoxid:
    $\ce{4 Na + O2 -> 2 Na2O}$

  • Oxidation von Erdalkalimetallen: Die Erdalkalimetalle Berryllium ($\ce{Be}$), Magnesium ($\ce{Mg}$), Calcium ($\ce{Ca}$), Strontium ($\ce{Sr}$) und Barium ($\ce{Ba}$) werden ebenfalls leicht mit Sauerstoff zu den Oxiden oxidiert. Es folgt als Beispiel die Reaktionsgleichung für die Verbrennung von Magnesium zu Magnesiumoxid:
    $\ce{2 Mg+ O2 -> 2 MgO}$

Auch die meisten Metalle der Nebengruppen reagieren mit Sauerstoff zu den Oxiden. Sauerstoff reagiert unter normalen Umständen jedoch nicht mit dem Edelmetall Gold ($\ce{Au}$).

  • Reaktionen mit organischen Verbindungen: Sauerstoff reagiert auch mit organischen Verbindungen. Kohlenwasserstoffe reagieren bei vollständiger Verbrennung mit Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid und Wasser. Es folgt als Beispiel die vollständige Verbrennung von Methan:
    $\ce{CH4 + 2 O2 -> 2 H2O + CO2}$

Biologische Bedeutung von Sauerstoff

Ohne Sauerstoff gäbe es kein Leben, so wie wir es kennen. Fast alle wichtigen Naturstoffe wie beispielsweise Proteine, Kohlenhydrate und Fette enthalten Sauerstoff. Das Hämoglobin ist das Protein, das in unserem Blut den eingeatmeten Sauerstoff über eine Eisen‑Sauerstoff‑Bindung im Hämoglobin zu den Organen transportiert.
Die Produzenten des Sauerstoffs sind Pflanzen, die mithilfe der Fotosynthese den Sauerstoff bilden. Die Anreicherung des Sauerstoffs in der Atmosphäre begann vor etwa drei Milliarden Jahren mit der Evolution der oxygenen Fotosynthese in Cyanobakterien.

Verwendung von Sauerstoff

In der Medizin verwendet man Sauerstoff für die Beatmung von Notfallpatienten, Frühgeborenen oder chronisch Lungenkranken.
Im Flugzeug befinden sich über den Sitzen Sauerstoffmasken für den Notfall.

Sauerstoffmasken im Flugzeug

In der Technik verwendet man Sauerstoff beim Schweißen, für die Kupferraffination und die Herstellung von Eisen und Stahl. Flüssiger Sauerstoff (LOX, Englisch für liquid oxygen) wird als Oxidationsmittel zum Raketenantrieb benutzt.

Hinweise zum Video

Das Video gibt dir eine Übersicht zum Element Sauerstoff mit seinen Eigenschaften, seiner Herstellung und wichtigen Chlor-Verbindungen. Um die Inhalte zu verstehen, solltest du schon über Vorkenntnisse in Chemie verfügen und dich in den Themen Basen, Säuren und Salze sowie bei der Oxidation und Reduktion auskennen. Du findest hier auch Übungen und Arbeitsblätter. Beginne mit den Übungen, um gleich dein umfangreiches Wissen über Sauerstoff aus dem Video zu testen.

Transkript Sauerstoff (Expertenwissen)

Guten Tag und herzlich willkommen. In diesem Video geht es um das chemische Element Sauerstoff. Der Film gehört zur Reihe "Elemente". Als Vorkenntnisse solltet ihr gut über Basen, Säuren und Salze Bescheid wissen. Im Video möchte ich dir einen Überblick über das chemische Element Sauerstoff und seine Bedeutung vermitteln. 

Der Film besteht aus 10 Abschnitten:

  1. Entdeckung

  2. Vorkommen

  3. Stellung im Periodensystem der Elemente

  4. Herstellung

  5. Eigenschaften

  6. Zwei Modifikationen

  7. Reaktionen

  8. Biologische Bedeutung

  9. Verwendung

  10. Zusammenfassung

  11. Entdeckung

Entdeckt wurde Sauerstoff erstmals 1771 durch Karl Wilhelm Scheele. 1774 wurde Sauerstoff wiederum entdeckt durch Priestley. 1779 erhielt das Element seinen eigentümlichen Namen "Sauerstoff". Denn Lavoisier, der ihm ihn gab, glaubte, dass alle Säuren ihn enthalten. 

  1. Vorkommen

Etwa die Hälfte der Erdhülle enthält das chemische Element Sauerstoff. Sauerstoff ist in gebundener Form enthalten: in Steinen, im Lehm, im Kies und im Sand. Gebirge bestehen zum großen Teil aus Sauerstoff. Die riesigen Wassermassen in der Erdhülle bestehen zum größten Teil aus Sauerstoff. Die Ozeane, die Seen, wie der riesige Obere See, die Gletscher und die Flüsse, wie der gewaltige Amazonas, sie alle bestehen aus Wasser und enthalten Sauerstoff. Und zwar zu fast 90%. Gefrorenes Wasser als Eis finden wir an den Polkappen, der Arktis und Antarktis. In ihnen sind große Mengen gebundenen Sauerstoffs enthalten. Die Atmosphäre enthält auch viel Sauerstoff, mehr als 20% bestehen daraus. 

  1. Stellung im Periodensystem der Elemente

Im Periodensystem der Elemente befindet sich der Sauerstoff hier. Er gehört zur 6. Hauptgruppe. Das sind die Chalkogene. Sauerstoff ist ein Nichtmetall. Seine Elementesymbol ist O. Elementar kommt der Sauerstoff nicht atomar als O, sondern als Molekül O2 vor. O ist abgeleitet von Oxygenium. Das kommt aus dem Griechischen und bedeutet, wie wir gehört haben, "sauer". Die wichtigste Oxidationszahl in Verbindungen ist -2. Es gibt auch noch die Oxidationszahlen -1, 0, +1 und +2. 

  1. Herstellung

Hierbei hat man zu unterscheiden zwischen industrieller Herstellung und Herstellung im Labor.

Industriell wird der Sauerstoff nach dem Linde-Verfahren gewonnen. Dabei wird die Luft verflüssigt. Anschließend wird die Flüssigkeit destilliert. Es wird fraktioniert, das heißt die Stoffe mit unterschiedlichem Siedepunkt werden aufgefangen. Man erhält Stickstoff, Sauerstoff und Argon. 

Im Labor kann Sauerstoff durch Erhitzen eines Salzes KClO3 hergestellt werden. Es entstehen Kaliumchlorid und Sauerstoff wird frei. Das Salz ist Kaliumchlorat. Eine andere Sauerstoffquelle ist Calciumchloridhypochlorit (Chlorkalk). Chlorkalk reagiert mit Wasserstoffperoxid zu Calciumchlorid, Wasser und Sauerstoff. Beim Erhitzen gibt Quecksilberoxid Sauerstoff ab, das Gleiche geschieht mit BaO2 (Bariumperoxid). Und schließlich liefert das Erhitzen von KMnO4 (Kaliumpermanganat) das gewünschte Ergebnis. 

  1. Eigenschaften

Sauerstoff ist ein Gas. Es ist farblos und geruchlos. Die Dichte des Sauerstoffs ist etwas größer als die Dichte der Luft. Daher muss man ihn in einem Reagenzglas mit der Öffnung nach oben halten, weil der Sauerstoff sonst nach unten entweicht. Sauerstoff schmilzt bei -218°C. Er siedet bei -183°C. Das chemische Element ist in Wasser schlecht löslich. Nur etwa 10-20mg lösen sich in 1l nicht zu warmen Wassers. 

  1. Zwei Modifikationen

Modifikationen bedeutet Erscheinungsformen. Wenn man zu molekularem Sauerstoff O2 Energie hinzufügt, so ergibt sich ein neuer Sauerstoff, O3, der aus 3 Atomen pro Molekül besteht. Das ist die 2. Modifikation. Man nennt sie Ozon. Beide Modifikationen sind Oxidationsmittel, wobei Ozon das stärkere ist. Im Gegensatz zum farblosen Sauerstoff wird Ozon bei höheren Konzentrationen himmelblau. Sauerstoff ist für das Feuer und die vielen Brände verantwortlich. Die Ozonschicht schützt uns vor ultravioletter Strahlung. Interessant sind die Strukturen beider Moleküle. Das Sauerstoffmolekül ist so aufgebaut, dass 2 Elektronen ungepaart sind. Man spricht von einem Triplett. Das Ozonmolekül ist kein Ring, sondern eine Kette. Die Struktur ist am besten durch 2 Ladungen, in der Mitte positiv und außen negativ, darzustellen. Die negative Ladung kann man entweder links oder rechts anordnen. Man spricht von Mesomerie. Diese stabilisiert das Molekül. 

  1. Reaktionen

Sauerstoff reagiert mit vielen chemischen Elementen. Man bezeichnet diese Reaktionen als Oxidation. Oxidationen sind möglich mit Wasserstoff, Lithium, Beryllium, Bor, Kohlenstoff, Stickstoff, mit Fluor unter bestimmten Bedingungen, Natrium, Magnesium, Aluminium, Silizium, Phosphor, Schwefel usw. Die Halogene Chlor, Brom und Iod reagieren mit Sauerstoff nicht, Silber und Gold nur schwer. Auch Xenon reagiert direkt nicht. Die Verbindungen von Sauerstoff mit einem Element bezeichnet man als Oxid. Bei Raumtemperatur reagiert Sauerstoff mit den meisten Elementen nicht, nur mit den Alkalimetallen Nitrium, Natrium, Kalium, Rubidium und Caesium. Die letzten drei verbrennen im wahrsten Sinne des Wortes an der Luft. Möchte man, dass andere Elemente reagieren, muss man entweder Erwärmen oder mit Licht bestrahlen. Auch organische Verbindungen reagieren. Sie verbrennen wie die Kohlenwasserstoffe, Alkohole, Ketone usw. 

  1. Biologische Bedeutung

Das chemische Element Sauerstoff ist gleichzusetzen mit dem Leben. Ohne Sauerstoff gibt es kein Leben. Die Verbraucher des Sauerstoffs sind die Menschen, die Tiere und, ich möchte betonen, auch die Fische. Produzenten des Sauerstoffs sind Pflanzen, die grüne Anteile enthalten, und vor allem Wasserpflanzen wie die Algen. Sauerstoff ist Bestandteil zweier wichtiger Naturstoffe. Zum einen der Proteine, der Eiweiße. Sauerstoff finden wir im Fisch und im Fleisch. Auch Kohlenhydrate enthalten gebunden den Sauerstoff als Zucker, Mehl und Stärke. 

  1. Verwendung

In der Medizin verwendet man Sauerstoff für die Frühchenbeatmung. Er hilft bei Cluster-Kopfschmerzen. Unabkömmlich ist er in der Notfallmedizin. Man braucht Sauerstoff in der Raumfahrt. In der Technik verwendet man Sauerstoff für die Kupferraffination und die Herstellung von Eisen und Stahl. Die dritte Anwendung ist beim Schweißen und Hartlöten. In der Lebensmittelindustrie ist Sauerstoff als Zusatzstoff zugelassen. Benutzt wird er als Treibgas, Packgas und zur Sahneherstellung. Es gab und gibt die Mode, dass Sauerstoff im Wellness- und Lebensmittelbereich Getränken zugeführt wird. Der Effekt ist null, denn wir atmen den Sauerstoff. Wir konsumieren ihn nicht mit dem Magen. 

  1. Zusammenfassung

Das chemische Element Sauerstoff ist das Element des Lebens schlechthin. Ohne Sauerstoff ist das irdische Leben unmöglich. Ich hoffe, es hat euch ein bisschen Spaß bereitet. Ich wünsch euch alles Gute. Auf Wiedersehen.  

19 Kommentare

19 Kommentare
  1. Hallo @Kwilck, könntest du mir bitte verraten, wie das Buch heißt welches du parallel benutzt? Suche dringend nach einem aber finde nicht wirklich eines, welches bei Null anfängt. Vielen Dank schonmal.

    Von Leea Steppan, vor etwa 2 Jahren
  2. Gut waere ein Chemiekurs, der bei Null beginnt und kohaerent in der Abfolge der Videos ist. Das ist eine Sache. Trotzdem sehe ich die Videos hier sehr gern, weil ich an vielen Stellen Informationen bekomme, ohne viel lesen zu muessen. Es macht mir Spass, diese Informationen zu sammeln und spaeter einsetzen zu koennen. Da die Kohaerenz hier fehlt, habe ich mir ein Buch gekauft, in dem der Stoff programmiert in Lernschritten Schritt fuer Schritt aufbereitet wird. Beides ergaenzt sich sehr gut.

    Von Kwilck, vor fast 3 Jahren
  3. Hallo Flush,
    es stimmt, dass es auch Leben ohne Sauerstoff gibt. Die Aussage sollte deutlich machen, dass der Sauerstoff für sehr viele Lebensformen lebensnotwendig ist.

    Von Karsten S., vor fast 3 Jahren
  4. "Ohne Sauerstoff kein Leben" ist eine Falschaussage.
    Das Leben entstand noch vor der Entstehung von Sauerstoff. Sauerstoff gelang vermutlich erst duch Blaualgen (Cyanobakterien) in die Atmosphäre. Auch heute leben anaerobe Bakterien ohne Sauerstoff (Zum Beispiel die meisten Darmbakterien).

    Von Flush2006, vor fast 3 Jahren
  5. tolles Video ☺

    Von Ginaweinz, vor fast 4 Jahren
Mehr Kommentare

Sauerstoff (Expertenwissen) Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Sauerstoff (Expertenwissen) kannst du es wiederholen und üben.
  • Bestimme verschiedene Reaktionen für die Synthese von Sauerstoff.

    Tipps

    Die Stöchiometrie zwischen den Edukten und Produkten muss ausgeglichen sein. Das heißt, dass jedes Element auf Seiten der Edukte und Produkte in selber Anzahl vorliegen muss.

    Beispiel:

    • $Cl$ im Edukt bedeutet, dass ein Chloratom im Produkt enthalten sein muss.
    • $Cl_2$ im Edukt bedeutet, dass zwei Chloratome im Produkt enthalten sind.
    • $2~Cl_2$ auf Seiten der Edukte bedeutet, dass vier Chlor im Produkt enthalten sind.

    Lösung

    Sauerstoff stellt man im Labor her aus:

    • Kaliumchlorat $KClO_3$
    • Calciumhypochlorit $CaCl(ClO)$
    • Quecksilber(II)-oxid $HgO$
    • Bariumperoxid $BaO_2$
    • Kaliumpermanganat $KMnO_4$.

  • Nenne wesentliche Aspekte zum Sauerstoff.

    Tipps

    Eine Kugel Blei hat eine höhere Dichte als eine Kugel Aluminium. Welche der Kugeln ist leichter?

    Sauerstoff ist ein Atemgas. Wo muss Sauerstoff vorliegen, damit du es einatmen kannst?

    Lösung

    Die Entdeckung des Sauerstoffes erstreckte sich über mehrere Jahre, doch erst 1779 erhielt das Element seinen heute bekannten Namen „Sauerstoff“. Lavoisier nahm damals an, dass Sauerstoff in jeder Säure enthalten sei.

    Sauerstoff mit dem Elementsymbol „O“ findet man im Gestein, im Wasser und auch in der Atmosphäre. Im Periodensystem steht es in der 6. Hauptgruppe. Da Sauerstoff eine höhere Dichte als Luft hat, ist es folglich auch schwerer als Luft.

  • Ordne den Stoffen die passende Oxidationsstufe des Sauerstoffes zu.

    Tipps

    Bei der Bestimmung der Oxidationszahlen werden die Bindungselektronen je nach Elektronegativität einem Element der Bindung zugeordnet.

    Dem Element mit der höheren Elektronegativität werden die Elektronen zugeordnet.

    Sauerstoff hat eine hohe Elektronegativität.

    Das elektronegativste Element ist Fluor.

    Lösung

    Sauerstoff steht in der 6. Hauptgruppe. Um eine volle und damit stabile Schale zu erhalten, kann er entweder 6 Elektronen abgeben oder 2 Elektronen aufnehmen. Da seine Elektronegativität sehr hoch ist, nimmt er in der Regel die Bindungselektronen auf. Die häufigtse Oxidationsstufe ist daher -II, wie in Wasser ($H_2O$) oder in Kohlenstoffdioxid ($CO_2$).

    Aber auch in der Oxidationsstufe -I liegt der Sauerstoff in einigen Verbindungen vor, wie zum Beispiel beim $H_2O_2$.

    Als Elementarverbindung $O_2$ besitzt Sauerstoff die Oxidationszahl 0. Beide Sauerstoffatome in der Verbindung besitzen dieselbe Elektronegativität, weshalb sie sich die Elektronen der Bindung gleichermaßen teilen.

    Eine positive Oxidationszahl besitzt Sauerstoff in Verbindungen mit Fluor $F_2O_2$. Fluor besitzt eine höhere Elektronegativität als Sauerstoff, weshalb die Elektronen der Bindung dem Fluor zugeordnet werden. Sauerstoff besitzt in dieser Verbindung die Oxidationszahl +I.

  • Gib an, ob es sich um eine organische oder eine anorganische Sauerstoffverbindung handelt.

    Tipps

    Organische Substanzen sind Kohlenwasserstoffverbindungen.

    Ölsäure ist eine ungesättigte Fettsäure.

    Sauerstoffverbindungen sind alle Verbindungen die Sauerstoff als Element enthalten.

    Lösung

    Sauerstoff lässt sich vielfältig in Verbindungen der belebten und unbelebten Natur finden.

    Organische Verbindungen (also im Grunde die Verbindungen der belebten Natur) bestehen aus einem Kohlenwasserstoffgerüst. Die Bestandteile der Nahrung enthalten häufig Sauerstoff, so wie die Zucker Glucose und Saccharose oder die Ölsäure.

    Aber auch anorganische Verbindungen (die Verbindungen in der unbelebten Natur) enthalten häufig Sauerstoff. Ozon kennst du ja bereits, aber auch die Schwefelsäure und die Natronlauge enthalten Sauerstoff.

    Kochsalz und Salzsäure besitzen hingegen keine Sauerstoffverbindungen. Lavoisier nahm ursprünglich an, dass alle Säuren Sauerstoff enthalten. Die Salzsäure ist jedoch ein Beispiel dafür, dass Sauerstoff nicht in Säuren enthalten sein muss.

  • Entscheide, ob die Aussagen zum Sauerstoff korrekt sind.

    Tipps

    Lavoisier irrte sich in seiner Annahme über den Sauerstoff.

    Lösung

    Lavoisier nahm 1779 an, dass Sauerstoff in jeder Säure enthalten sei. Durch diese Annahme gab er dem Element den Namen „Sauerstoff". Heute wissen wir, dass Sauerstoff nicht in Säuren enthalten sein muss. Den Namen behielt das Element dennoch.

    Sauerstoff findet man in der Atmosphäre, im Gestein und auch im Wasser. Natürlich kommt Sauerstoff in dem Temperaturbereich, der auf der Erde herrscht, nur gasförmig vor. Allerdings hat auch Sauerstoff, genau wie jedes andere Element, alle drei Aggregatzustände.

    Möchte man reinen Sauerstoff gewinnen, so kann dies industriell durch das Linde-Verfahren ermöglicht werden. Man erhält flüssiges $O_2$. Eine weitere Modifikation des Sauerstoffes in der Natur ist das Ozon. Ozon besteht aus drei Sauerstoffatomen.

    Sauerstoff ist, anders als beispielsweise Methan, schwerer als Luft.

  • Formuliere die Oxidationsreaktionen von folgenden Elementen.

    Tipps

    Die Namen der Reaktionsprodukte geben dir Auskunft über die Anzahl der enthaltenen Atome.

    Die Anzahl der Atome auf der linken Seite muss gleich der Anzahl der Atome auf der rechten Seite des Reaktionspfeils sein.

    Lösung

    Reaktionen zwischen Elementen und Sauerstoff werden Oxidation genannt. Reagieren Metalle mit Sauerstoff, entstehen Metalloxide, reagieren Nichtmetalle mit Sauerstoff, entstehen Nichtmetalloxide.

    Die Namen der Reaktionsprodukte geben dir oft schon Auskunft über die Anzahl der enthaltenen Atome. In Siliciumdioxid sind z.B. zwei Sauerstoffatome enthalten und in Stickstoffmonoxid nur eins.

    Wichtig ist außerdem, dass die gleiche Anzahl an Atomen, die reagieren, auf der Produktseite auch wieder erscheinen müssen. Grundsätzlich geht nichts verloren und es kommt auch nichts dazu.

    Wenn also ein Molekül Stickstoff $N_2$ mit einem Molekül Sauerstoff $O_2$ reagiert, dann müssen auch insgesamt wieder zwei Atome Stickstoff und zwei Atome Sauerstoff auf der Produktseite erscheinen, also $2~NO$.

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