Sauerstoff: Eigenschaften, Nachweis und Kreislauf

\ce{O2} heißt Disauerstoff. Seine Moleküle bestehen aus je zwei Sauerstoffatomen. Das Gas ist unter Alltagsbedingungen farb-, geruch- und geschmacklos; viele Lebewesen nutzen es bei der Atmung.

\ce{O3} heißt Ozon und ist eine andere Stoffform. In der Höhe nimmt Ozon einen Teil der UV-Strahlung auf. Ein hoher Ozonanteil in bodennaher Atemluft kann die Atemwege belasten.

Trockene Luft ist ein Stoffgemisch. Etwa 20,95 Volumenprozent sind \ce{O2}, gerundet ungefähr ein Fünftel oder 21 Prozent. Der größte übrige Anteil ist Stickstoff. Reines Wasser ist dagegen die Verbindung \ce{H2O}: Jedes Molekül enthält zwei gebundene Wasserstoffatome und ein gebundenes Sauerstoffatom.

Zusätzlich kann sich wenig \ce{O2} im Wasser lösen. Wasserlebewesen nutzen diesen gelösten Sauerstoff zur Atmung. Bei niedrigerer Temperatur und höherem Druck kann sich mehr davon lösen.

Sauerstoff fördert Verbrennungen, brennt aber nicht selbst wie ein Brennstoff. Mit vielen Metallen und Nichtmetallen bildet er Oxide. Ein Produkt ist ein Stoff, der bei einer Reaktion entsteht. Viele Reaktionen mit Sauerstoff geben Energie als Wärme oder Licht ab; man nennt sie exotherm. Auch Glimmen und langsames Rosten sind Reaktionen mit Sauerstoff.

Bei ausreichendem Sauerstoff reagiert Kohlenstoff vollständig zu Kohlenstoffdioxid. Als Wortgleichung: Kohlenstoff + Sauerstoff → Kohlenstoffdioxid. Mit Formeln:

\ce{C + O2 -> CO2}

Bei Sauerstoffmangel kann giftiges Kohlenstoffmonoxid entstehen.

Pflanzen und Algen bilden mithilfe von Licht aus Kohlenstoffdioxid und Wasser Traubenzucker und Sauerstoff. Als Wortgleichung: Kohlenstoffdioxid + Wasser → Traubenzucker + Sauerstoff. Mit Formeln:

\ce{6 CO2 + 6 H2O -> C6H12O6 + 6 O2}

Viele Lebewesen verbrauchen Sauerstoff bei der Zellatmung und gewinnen Energie aus Nährstoffen; dabei entstehen auch Kohlenstoffdioxid und Wasser. Pflanzen atmen ebenfalls. Bei Licht können sie zugleich Sauerstoff durch Photosynthese bilden.

Technisch wird Sauerstoff aus gereinigter, verflüssigter Luft getrennt: Beim Erwärmen werden ihre Gase bei unterschiedlichen Temperaturen wieder gasförmig. Bei normalem Luftdruck siedet Stickstoff bei etwa −196 °C und Sauerstoff bei etwa −183 °C. Sauerstoff dient unter anderem der Stahlherstellung, dem Schweißen, chemischen Verfahren, der medizinischen Versorgung und als flüssiger Stoff, der die Treibstoffverbrennung in der Raumfahrt ermöglicht. Medizinischer Sauerstoff wird gezielt dosiert; Risiken hängen von Konzentration, Dauer und Druck ab. In sauerstoffreicher Umgebung können brennbare Stoffe heftiger reagieren.