Verbrennung - Luft - Sauerstoff

17. Das Element Sauerstoff

Vorkommen.

Kaliumpermanganat wird im Reagenzglas erhitzt und das entweichende Gas mit der Glimmspanprobe nachgewiesen.

Sauerstoff ist das am weitesten verbreitete Element. Reine Luft enthält 20,95 Vol.-% elementaren Sauerstoff, der aus Sauerstoffmolekülen (O₂) besteht. Gebunden an Wasserstoff findet er sich im Wasser, das zu 88,81 Gewichtsprozent aus Sauerstoff besteht. Am Aufbau der Erdrinde (bis zu 16 km Tiefe) ist er in Form von Oxiden und anderen sauerstoffhaltigen Verbindungen mit 47,3 Gewichtsprozent beteiligt.

Darstellung und Nachweis von Sauerstoff.

Nach Abb. 17.1 wird eine Versuchsanordnung aufgebaut. Auf den Braunstein läßt man Wasserstoffperoxid (10%ig) auftropfen und führt mit dem ausströmenden Sauerstoff die Glimmspanprobe durch. Anschließend füllt man einige Standzylinder in der pneumatischen Wanne mit Sauerstoff. Wenn eine Stahlflasche mit Sauerstoff zur Verfügung steht, kann man sich auf einen Reagenzglasversuch zur Demonstration der Sauerstoffentwicklung beschränken.

In großem Umfang wird heute Sauerstoff durch fraktionierte Destillation flüssiger Luft gewonnen (vgl. Abb. 15.3, Kapitel 15). Der dabei gewonnene Sauerstoff wird in blauen Stahlflaschen unter hohem Druck abgefüllt. Mit Hilfe eines Druckreduzierventils kann der Sauerstoff mit beliebigem Arbeitsdruck abgenommen werden. Im Labor kann Sauerstoff leicht aus Sauerstoffverbindungen dargestellt werden (Versuch und ). Das Entflammen eines glühenden Holzspans (Glimmspanprobe) gilt als Nachweis für elementaren Sauerstoff ().

17.1 Im Labor können kleinere Sauerstoffmengen durch Zersetzung von Wasserstoffperoxid dargestellt werden. Erklärung siehe Kap 24!

In zwei Standzylinder mit Sauerstoff schichtet man etwas Sand auf den Boden und führt in den ersten mit einem Verbrennungslöffel brennenden Schwefel (Abzug!) und in den zweiten mit der Tiegelzange glühende Stahlwolle. Vergleiche den Verbrennungsablauf an der Luft und im Sauerstoff.

17.2 Verbrennungen in reinem Sauerstoff verlaufen heftiger als an Luft.
Links: Schwefel; rechts: Stahlwolle

Welche Eigenschaften des Sauerstoffs können bei unseren Versuchen noch beobachtet werden? Farbe, Geruch, relative Dichte.

Im Sauerstoff kommt es zu heftigen Verbrennungsvorgängen.

Labordarstellung aus Wasserstoffperoxid und Braunstein.

Eigenschaften und Verwendung.

Nachweis mit Glimmspanprobe

Sauerstoff, ein lebensnotwendiges Element, wird bei der Atmung verbraucht.

Von allen Bestandteilen der Luft ist der Sauerstoff für die Lebewesen am wichtigsten. Der Sauerstoffverbrauch eines Erwachsenen beträgt in Ruhe etwa 250 ml/min. Eine Unterbrechung der Sauerstoffversorgung kann das Gehirn höchstens 4 min. ohne bleibende Schädigung überstehen. Für Verunglückte und Schwerkranke ist ein Sauerstoffzelt oft die letzte Rettung. Atemgeräte von Tauchern, Feuerwehrleuten und Flugzeugbesatzungen sind an eine Sauerstoffversorgungsanlage angeschlossen.

Im Sauerstoff kommt es zu heftigen Verbrennungsvorgängen.

Die Glimmspanprobe weist auf eine wichtige Eigenschaft des Elements Sauerstoff hin. In reinem Sauerstoff laufen Verbrennungsvorgänge viel heftiger ab als an Luft. Diese Tatsache wird in Versuch bestätigt. Der größte Sauerstoffverbraucher ist bei uns die Stahlindustrie. Beim »Sauerstoffaufblas-Verfahren« wird reiner Sauerstoff zur Verbrennung der Verunreinigungen in die Eisenschmelze geblasen (Kapitel 58).

17.2 Start eines Space Shuttles. Hier wird Wasserstoff mit reinem Sauerstoff verbrannt

Durch Verbrennen von Raketentreibstoff mit reinem Sauerstoff wird ein besonders hoher Wirkungsgrad erzielt. Darauf kommt es beim Raketenstart an. Die heftige Verbrennung in reinem Sauerstoff wird technisch ausgenutzt. Beim autogenen Brennschneiden wird eine Eisenplatte an der Schnittstelle zum Glühen erhitzt, dann bläst man reinen Sauerstoff auf die glühende Stelle. Dabei verbrennt das Eisen zu lockerem Eisenoxid, das vom Sauerstoff weggeblasen wird. Zum Schweißen werden im Schweißbrenner Sauerstoff mit Acetylen (gelbe Flaschen) vermischt und verbrannt. Es entstehen dann so hohe Temperaturen, dass Eisen flüssig wird und mit einem anderen Eisenteil zusammengeschweißt werden kann. Bei allen Verbrennungsvorgängen unterhält Sauerstoff die Verbrennung; er selbst brennt aber nicht.

17.5 Die zuverlässige Sauerstoffverrsorgung ist eine unerläßliche Voraussetzung fürAussenarbeiten an der Internationalen Raumstation ISS

In einem Rg wirdKaliumnitrat (»Salpeter«) geschmolzen, bis Gasblasen aufsteigen. Auf die Schmelze wird ein erbsengroßes Stückangeglühte Holzkohle geworfen.

17.4 Salpeter, ein starkes Oxidationsmittel

Salpeter, ein Oxidationsmittel.

Salpeter spaltet beim Erhitzen Sauerstoff ab, der sich mit Kohlenstoff (Holzkohle) bzw. Schwefel in einer stark exothermen Reaktion zu den entsprechenden Oxiden verbindet, die als gasförmige Verbindungen entweichen (Versuch ); Stoffe, die andere oxidieren können, nennt man Oxidationsmittel.

Nicht auf Personen richten! In einem Rg wird auf die Salpeterschmelze ein halberbsengroßes Stück Stangenschwefel geworfen. Formulierung des Vorgangs. Schwefel ist vierwertig.

Was bei der Sauerstoffabspaltung aus Kaliumnitrat vor sich geht, gibt folgende Reaktionsgleichung wieder:

2KNO3

Hitze

2KNO2 + O2 ↑

Werfen wir Holzkohle (Kohlenstoff C, vierwertig) auf die Schmelze, so verbinden sich Kohlenstoff und Sauerstoff zu Kohlendioxid.

C + O2

CO2 ↑

Die Gesamtgleichung für Versuch läßt sich also nun aufstellen:

Sauerstoffabgebende Stoffe sind Oxidationsmittel.

2KNO3 + C		2KNO2 + CO2 ↑
Kaliumnitrat + Kohlenstoff		Kaliumnitrit + Kohlendioxid

17.6 Sauerstoff kommt in blauen Stahlflaschen in den Handel. Der Flaschendruck beträgt nach der Füllung 150 bar. Rechts: Schema der Armaturen.

Verwendung: Schweißen, Schneiden, Raketentreibstoff; Stahlgewinnung.

Sauerstoff ist in blauen Stahlflaschen im Handel.

• Lexikon Inhaltsverzeichnis
• Lehre von den Stoffen
  • 1. Der Mensch und die Chemie
  • 2. Der Stoffbegriff in der Chemie
  • 3. Experimente zur Stoffbeschreibung
• Modellvorstellungen
  • 4. Zustandsformen der Materie
  • 5. Diffusionsvorgänge
  • 6. Atome und Moleküle
  • 7. Chemische Reaktionen
  • 8. Reaktionen und Teilchenmodell
  • 9. Kennzeichen der chemischen Reaktion
  • 10. Chem. Symbole und Formeln
  • 11. Die chemische Gleichung
• Verbrennung - Luft - Sauerstoff
  • 12. Verbrennung als chem. Vorgang
  • 13. Feuergefährliche Stoffe - Brandschutz
  • 14. Verbrennungserscheinungen
  • 15. Die Zusammensetzung der Luft
  • 16. Luftverunreinigung
  • 17. Das Element Sauerstoff
• Wasser - Wasserstoff - Redoxvorgang
  • 18. Das Wasser als Lösungsmittel
  • 19. Wasserverschmutzung
  • 20. Zusammensetzung des Wassers
  • 21. Das Element Wasserstoff
  • 22. Wasserstoff als Reduktionsmittel
• Atombau und Periodensystem
  • 23. Energie und Stabilität
  • 24. Der Bau der Atome
  • 25. Atomhülle und Periodensystem
  • 26. Bedeutung des Periodensystems
• Grundlagen der Bindungslehre
  • 27. Von den Atomen zu Molekülen - Atombindung
  • 28. Vertiefung der Atombindung
  • 29. Die Molekülgestalt
  • 30. Die Ionenbindung
  • 31. Ionenverbindungen - Salze
  • 32. Schmelzen und Lösungen von Salzen
  • 33. Das Lösen von Salzen
  • 34. Die Ionenwanderung
  • 35. Die Elektrolyse
• Halogene - Alkalimetalle - Redoxreaktionen
  • 36. Das Kochsalz
  • 37. Das Element Chlor
  • 38. Redoxvorgänge als Elektronenübergänge
  • 39. Die VII. Hauptgruppe des PSE
  • 40. Die I. Hauptgruppe des PSE
• Säure - Base - Reaktionen
  • 41. Chlorwasserstoff - eine Säure
  • 42. Säuren - Protonenspender
  • 43. Säuren und Metalle
  • 44. Ammoniak - eine Base
  • 45. Hydroxide - Laugen
  • 46. Die Neutralisation
  • 47. Die verdünnte Schwefelsäure
  • 48. Die konzentrierte Schwefelsäure
• Chemie und Technik
  • 49. Gewinnung der Schwefelsäure
  • 50. Umweltschutz beim Kontaktverfahren
  • 51. Haber-Bosch-Verfahren
  • 52. Grundlagen der Mineraldüngung
  • 53. Oxide des Kohlenstoffs
  • 54. Kohlensäure und ihre Salze
  • 55. Kalkgehalt des Wassers
  • 56. Metalle
  • 57. Eisen
  • 58. Stahl
  • 59. Das Leichtmetall Aluminium
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• Sachverzeichnis (anorgan.)