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Sauerstoff ist ein oxidierendes Gas ( Ordnungszahl 8 im Periodensystem der Elemente) Das chemische Symbol für Sauerstoff ist O. Sauerstoff ist in der 6. Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente zu finden. In der neueren Einteilung wird Sauerstoff die Gruppennummer 16 zugewiesen. Sauerstoff ist das zweithäufigste Gas in der Luft mit einem Volumenanteil von 20,9 Vol% (Stickstoff 78,1%). Die Gewinnung erfolgt überwiegend mit Hilfe von Luftzerlegern bzw. Luftverflüssigungsanlagen aus der Luft. Eine entsprechende Nachreinigung vorausgesetzt, ist eine Qualität 6.0 (dies entspricht 99.9999%) möglich.
Sauerstoff besteht aus drei stabilen Isotopen. Weitere 14 instabile radioaktive Isotope von Sauerstoff sind derzeit bekannt.
| Isotop | Atommasse | Anteil |
| Natürliches Sauerstoff Isotopengemisch: | 15,999 | 100 % |
| O-Isotop16O | 15,99491461957 | 99,757% |
| O-Isotop 17O | 16,9991317565 | 0,038% |
| O-Isotop 18O | 17,99915961286 | 0,205% |
Typische Begriffe für Sauerstoff sind auch:
LOX für Liquid OXygen (flüssiger Sauerstoff) oder
GOX für Gaseous OXygen (gasförmiger Sauerstoff)
Sauerstoff ist bei Raumtemperatur ein Gas, welches farb-, geruch- und geschmacklos ist. Am Siedepunkt (bei 1,01325 bar) bei einer Temperatur von -182,9°C kondensiert Sauerstoff zu einer bläulichen Flüssigkeit. Mit einem Dichteverhältnis zu Luft von 1,105 bei Normzustand, ist das Gas somit schwerer als Luft.
Gelegentlich ist davon zu hören, dass der Sauerstoffgehalt in der Höhe abnehmen soll. Der Sauerstoffgehalt bleibt jedoch unverändert bis zu einer Höhe von ca. 100 km. Die veränderte Wahrnehmung ist auf die Verringerung des Partialdruckes des Sauerstoffs (natürlich auch der anderen Gase in der Luft) zurückzuführen. Siehe Hierzu Barometrische Höhenformel.
Die Löslichkeit von O2 in Wasser ist erheblich geringer als z.B. die von Kohlendioxid (CO2).
Siehe hierzu löslichkeit in Wasser
Die verschiedenen Sauerstoffverbindungen lassen sich wie folgt klassifizieren:
Verbindung mit Wasserstoff, Stickstoff, Schwefel, Kohlenstoff und Halogenen sowie Verbindungen mit Metallen, Halbmetallen und Nichtmetallen. Die überwiegende Anzahl der Verbindungen sind Oxide.
Neben Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff ist Sauerstoff ein häufiges Element der organischen Chemie. Typische Gruppen sind Alkohole, Phenole, Ether, Aldehyde, Ketone, Carbonsäure, Ester, Carbonsäureamide, Polyhydroxycarbonylverbindungen (Kohlenhydrate)
Typische Vertreter dieser Gruppe sind Peroxide, Hyperoxide und Ozonide. Ein typisches Beispiel für Peroxide ist Wasserstoffperoxid H2O2. Legt man z.B. feuchte Wäsche aufs Graß, entsteht Wasserstoffperoxid. Weiße Wäsche kann so einfach gebleicht werden. Wasserstoffperoxid wird auch zum bleichen von Haaren verwendet oder als Desinfektionsmittel.
Bei dieser Gruppe ist neben Sauerstoff immer auch Wasserstoff beteiligt. Die OH-Gruppe geht mit z.B. Metallen oder Alkali-Metallen eine Ionenverbindung ein. Typische Verbindungen sind NaOH (Natriumhydroxid), Ca(OH)2 (Calciumhydroxid).
Medizin
Sauerstoff findet in der Humanmedizin vielfachen Einsatz. Sauerstoff unterliegt als Arzneimittel aufgrund entsprechender gesetzlicher Regeln strengen Kontrollen. In Deutschland wird medizinischer Sauerstoff als Fertigarzneimittel deklarierte und unterliegt somit dem Arzneimittelgesetz (AMG).
Notfallmedizin
Bei einer sogenannten Hypoxie führt ein Sauerstoffmangel in den Schlagadern und im Gewebe zum Ausfall von lebensnotwendigen Organen. Die Verabreichung von O2 in der Notfall- und Intensivmedizin soll einer Hypoxie entgegen wirken. Je nach Zustand des Patienten, kann bei selbständiger Atmung die Umgebungsluft mit O2 z.B. über Nasenbrillen oder Masken angereichert werden. Die Anreicherung führt zur Erhöhung des Partialdruckes des Sauerstoffs und entlastet somit die Lunge. Der O2-Gehalt im Blut kann entweder über Pulsoxymeter oder Blutgasanalysen gemessen werden. Für Patienten, die künstlich beatmet werden müssen, kann O2 in ein Beatmungsgerät eingespeist werden.
Sauerstoff-Langzeittherapie (LTOT, Long Term Oxygen Therapy)
Ein chronischer Blutsauerstoffmangel soll bei Erkrankten durch eine kontinuierliche Zugabe von Sauerstoff ausgeglichen werden. Je nach Erkrankung geschieht dies nur gelegentlich bis hin zu 24 Stunden. Neben Konzentratoren gibt es noch die Versorgung über Sauerstoff-Flüssig-Reservoirs. Diese sogenannten Dewar´s werden je nach Sauerstoffbedarf regelmäßig durch legitimierte Provider vor Ort beim Patienten gefüllt. Insbesondere wenn große Durchflussraten benötigt werden, kommt die Flüssigversorgung zum Einsatz. Gleiches gilt für eine hohe Mobilität der Patienten, da zu diesem Zweck transportable Kleinbehälter bereit stehen. In jedem Fall wird LOX vor der Verwendung verdampft und erwärmt. In Kombination mit Konzentratoren werden auch Sauerstoffzylinder (200-300 bar) bereitgestellt, wenn der Patient eingeschränkt mobil ist. Ein online Tool zur Berechnung der Reichweite von GOX Zylindern mit Demand System finden Sie unter GOX Demand system Rechner. Neuere Therapien zur Unterstützung der Mobilität greifen auf mobile Konzentratoren zurück. Weiterhin lassen sich Sauerstoffzylinder mit dem sogenannten Homefill System beim Patienten vor Ort befüllen. Der Fülldruck beträgt dann etwa 140 bar. Im Downloadbereich finden Sie kostenlose Anwendungen zu GOX und LOX Berechnungen
Cluster-Kopfschmerz Therapie
Kopfschmerzattacken lassen sich durch das Einatmen von O2 (Hochkonzentriert) mildern. Eine spürbare Verbesserung der Beschwerden tritt in der Regel innerhalb von Minuten ein.
Technik
Industriell wird O2 in der Metallurgie eingesetzt. Einerseits wird das Gas eingesetzt, um in Verbindung mit hierfür vorgesehenen Brennern effizient hohe Temperaturen zu erreichen, andererseits dient Sauerstoff auch zur Entfernung von Verunreinigungen (z.B. Kohlenstoff, Silicium, Mangan, Phosphor).
Chemisch wird Sauerstoff oft als Oxidator verwendet (Sauerstoff geht mit fast allen Elementen des Periodensystems Verbindungen ein. Ausnamen sind jedoch die Edelgase, Argon, Helium, Neon, Krypton). Bei der Herstellung von Wasserstoff oder Synthesegas wird Sauerstoff ebenfalls eingesetzt.
Neben dem Einsatz in der Glasindustrie wird das Gas auch beim Schneiden von Metall oder Beton eingesetzt.
Die O2-Anreicherung von mit Bakterien versetzen Abwässern, hilft organische Schadstoffe und Gifte zu entfernen.
Weiterhin findet O2 in der Halbleiterindustrie seine Anwendung oder bei der Herstellung von Ozon (O3).
Als Lebensmittelzusatzstoff findet O2 in der Lebensmittelindustrie in den verschiedensten Applikationen seine Berechtigung. Z.B. gibt Sauerstoff in einem Gasgemisch als Verpackungsgas Wurstwaren eine gewünschte rote Farbe.
Spektakulär ist der Einsatz von LOX als Oxidationsmittel für den Raketentreibstoff.
| Gas | Sauerstoff |
| Kritischer Druck | 50,43 bar |
| Kritische Temperatur | 154,581 K |
| Dichte am kritischen Punkt | 436,14 kg/m3 |
| Tripelpunkt Druck | 0,00148 bar |
| Tripelpunkt Temperatur | 54,359 K |
| Siedepunkt bei 1,013 bar | 90,19 K |
 |
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| Gas | Sauerstoff |
| Molares Volumen Vm bei 0°C, 1,01325bar [m3/kmol] | 22,392 |
| Molare Masse M [kg/Kmol] | 31,9988 |
| Spezielle Gaskonstante Ri [J/kgK] | 259,8 |
| Dichte bei 0°C, 1,01325bar [kg/m3] | 1,4290 |
| spezifische Wärmekapazität Cp bei 0°C idealer Zustand [kJ/kgK] | 0,9150 |
| spezifische Wärmekapazität Cv bei 0°C idealer Zustand [kJ/kgK] | 0,6551 |
| ᵡ=cp/cv bei 0°C, idealer Gaszustand | 1,397 |
Im Diagramm sind die Verdampfungsenthalpie, die Flüssigkeitsdichte und der Dampfdruck für Sauerstoff (O2) dargestellt.
Weitere interessante Daten:
Eine Übersicht über Online Tools rund um Gase finden Sie unter Online Tools
* Darstellung der 3-D-Strucktur mit ACD/ChemSketch Freeware, version 12.01, Advanced Chemistry Development, Inc., Toronto, ON, Canada, www.acdlabs.com, 2012.
Olaf Babel