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Sauerstoff (Expertenwissen)

Ohne Sauerstoff gäbe es kein Leben auf der Erde. Sauerstoff ist ein chemisches Element mit dem Symbol O. Es ist ein farbloses, geruchloses Gas und stellt ein starkes Oxidationsmittel dar. Industriell wird Sauerstoff aus flüssiger Luft gewonnen. Wie er in der Medizin, Technik und Raumfahrt verwendet wird, sowie was für Eigenschaften er hat, lernst du im folgenden Artikel.

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Die Autor*innen
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André Otto
Sauerstoff (Expertenwissen)
lernst du in der 9. Klasse - 10. Klasse

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:

    • $\ce{Cl}$ im Edukt bedeutet, dass ein Chloratom im Produkt enthalten sein muss.
    • $\ce{Cl2}$ im Edukt bedeutet, dass zwei Chloratome im Produkt enthalten sind.
    • $\ce{2 Cl2}$ auf Seiten der Edukte bedeutet, dass vier Chlor im Produkt enthalten sind.

    Lösung

    Sauerstoff stellt man im Labor her aus:

    • Kaliumchlorat $\left( \ce{KClO3} \right)$:
    $\ce{2 KClO3 -> 2 KCl + 3 O2}$
    • Calciumhypochlorit $\left( \ce{CaCl(ClO)} \right)$:
    $\ce{CaCl(ClO) + H2O2 -> CaCl2 + H2O + O2}$
    • Quecksilber(II)-oxid $\left( \ce{HgO} \right)$:
    $\ce{2 HgO -> 2 Hg + O2}$
    • Bariumperoxid $\left( \ce{BaO2} \right)$:
    $\ce{2 BaO2 -> 2 BaO + O2}$
    • Kaliumpermanganat $\left( \ce{KMnO4} \right)$:
    $\ce{2 KMnO4 -> MnO2 + K2MnO4 + O2}$

  • Nenne wesentliche Aspekte zum Sauerstoff.

    Tipps

    Eine Kugel Blei hat eine höhere Dichte als eine gleichgroße 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 $\ce{O}$ 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 <nobr>6. Hauptgruppe.</nobr> 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 $\text{-II}$, wie in Wasser $\left( \ce{H2O} \right)$ oder in Kohlenstoffdioxid $\left( \ce{CO2} \right)$.

    Aber auch in der Oxidationsstufe $\text{-I}$ liegt Sauerstoff in einigen Verbindungen vor, zum Beispiel in Wasserstoffperoxid $\left( \ce{H2O2} \right)$.

    Als Elementmolekül $\ce{O2}$ 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, zum Beispiel in $\ce{F2O2}$. Fluor besitzt eine höhere Elektronegativität als Sauerstoff, weshalb die Elektronen der Bindung dem Fluor zugeordnet werden. Sauerstoff besitzt in dieser Verbindung die Oxidationszahl $\text{+I}$.

  • 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 $\ce{O2}$. 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 <nobr>z. B.</nobr> 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 $\left( \ce{N2} \right)$ mit einem Molekül Sauerstoff $\left( \ce{O2} \right)$ reagiert, dann müssen auch insgesamt wieder zwei Atome Stickstoff und zwei Atome Sauerstoff auf der Produktseite erscheinen, also $\ce{2 NO}$.