Anorganische Chemie (Subject) / Sauerstoff (Lesson)
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- O_2 Gewinnung: - Linde-Verfahren (Destillation)- 2 BaO + O2 <-700°C-500°C-> 2 BaO2 (Bariumperoxid; Speicherverfahren für O2) O2 ist in Atmosphäre biogen (= nicht durch chem. Syntheseverfahren entstanden) Oxidationszahlen: -II (-I, +1/2, -1/3 etc.)
- Sauerstoffionen - O2+ Dioxygenyl-Kation:O2 + PtF6 --> O2+PtF6-O2 + ½ F2 + BF3 --> O2+BF4- (> bis 0 °C stabil, O2+SbF6- bis 280 °C)- O2- Hyperoxid („Superoxid“):gelb in KO2, RbO2 und CsO22 O2-+ 2 H2O --> O2 + H2O2 + 2 OH - O22- Peroxid:farblos in M2IO2 (M= Li – Cs), MIIO2 (M= Cs-Ba)In H2O --> H2O2- O3- Ozonid:Isoster zu ClO2rot; entsteht nach CsO2 + O3 --> CsO3 + O2 -T-> CsO2 + ½ O2in Wasser: 2 O3-+ H2O --> 2 ½ O2 + 2 OH-
- Singulett-Sauerstoff Erzeugung: - photochemisch mit Farbstoff-Sensibilisatoren S (organ. Farbstoffe) 1S (↓↑) -hv-> 3S*(↑↑) + 3O2 (↓↓) --> 1S(↓↑) + 1O2(↑↓)-> wichtiges industrielles Oxidationsmittel- chemisch: thermische O2-Eliminierung aus PeroxidenBsp.: Einleiten von Cl2 in H2O2 / NaOH-Lsg. --> rotes LeuchtenCl2 + 2 NaOH --> NaOCl + NaCl + H2OH2O2 + OCl- --> ClOO-+ H2OClOO- --> 1O2 + Cl- ↓Chemolumineszenz: λ = 633,4 nm 3O2
- O_3 Ozon Darstellung: - Siemens’scher Ozonisator (Stille elektrische Entladung) 249,3 kJ + ½ O2 <--> O O + O2 <--> O3 + 106,5 kJGesamt: 142,8 kJ + 1 ½ O2 <--> O3auch: - UV-Strahlung (λ < 242 nm) „Ozonschicht“- γ-Strahlung --> O3-Geruch in Gegenwart radioaktiver Stoffe- chem. Reaktionen, bei denen leicht O-Atome erzeugt werden, Bsp.: 2 OH- -Elektrolyse in wässr. Lsg-> H2O + O + 2 e- | F2 + H2O --> 2 HF + O |-> Entstehender Sauerstoff enthält stets O3! Zersetzung von H2O2, HMnO4 usw. | 2 O3 <--> 3 O2 + 285,6 kJ; thermodynamisch instabil, kinetisch metastabilStarkes Oxidationsmittel: O3 --> O2 + O „Träger atomaren Sauerstoffs“z.B.: PbS + 4 O --> PbSO4 bei Raumtemperatur 2 As + 5 O --> As2O5 etc.
- Ozon in der Stratosphäre-Ozonschicht O2 -hvλ<240nm->2 O; O + O2 -->O3 BildungO3 -hvλ<310->O2 + O; O3 + O --> 2 O2 AbbauZusätzlicher Abbau:o Natürliche Spurengase: z.B. N2O -hv-> N2 + O N2O + O --> 2 NO NO + O3 --> NO2 + O2 NO2 + O --> NO + O2 Crutzen 1970 (ohne anthropogene Einflüsse) o Anthropogene Spurengase (FCKW):z.B. CF3Cl -hvλ<270nm-> CF3 + ClCl + O3 --> ClO + O2ClO + O --> Cl + O2(1 Cl-Atom erstört 104 O3-Moleküle)
- O_3 in der Troposphäre (bis ca. 10km Höhe) (I) O3 (aus der Stratosphäre durch Diffusion, s.u.) -hv λ<310nm->O2 + O(II) O + H2O -->2 ∙OH Hydroxylradikale; Reaktion mit Kohlenwasserstoffen:(III) R-CH3 + ∙OH --> ∙R-CH2 + H2O(IV) ∙R-CH2 + O2 --> ∙R-CH2-O2(V) ∙R-CH2-O2 + NO--> ∙R-CH2O + NO2(VI) ∙R-CH2O + O2 --> R-CHO (Aldehyd) + ∙HO2 (Perhydroxylradikal)(VII) NO + ∙HO2 --> NO2 + ∙OH (III) usw. (Kettenreaktion)Bilanz: R-CH3 + 2 O2 + 2 NO (Abgase) --> RCHO + H2O + 2 NO2 -hvλ<400nm-> -->NO + O -+O2->O3 (Ozonbelastung in Ballungszentren)