Buurelementen

{| border=1 bgcolor=#F9FFFF |----- |N |O |F |----- |P |S |Cl |}

Zuurstof is een scheikundig element met symbool O en atoomnummer 8.

Het element Zuurstof komt voor als een twee-atomig gas O₂ dat 20% van de atmosfeer van de aarde vormt. Ook de drie-atomige vorm O₃ (ozon) komt in de natuur voor vooral in de hogere luchtlagen waar het onder invloed van het stralingsbombardement waaraan de aarde blootgesteld is, gevormd wordt. Door luchtverontreiniging kan het -helaas- ook aan de grond voorkomen.

Ontdekking

Zuurstof werd in 1771 door de Zweedse apotheker Karl Wilhelm Scheele ontdekt, maar de herontdekking door Joseph Priestly maakte het pas in wijdere kring bekend. Men begreep al gauw dat, hoewel het gas maar een vijfde van de lucht van onze planeet uitmaakt, dat dat het deel is dat verbranding mogelijk maakt alsmede het ademen van mens en dier (en plant gedurende de duisternis) Het was Antoine Lavoisier die zijn wetenschappelijke naam oxygenium (zuur-vormer) gegeven heeft omdat men aanvankelijk dacht dat het element een onontbeerlijk bestanddeel van een zuur was. Hoewel oxides van vele elementen inderdaad zuurvormend zijn, is het omgekeerde niet waar: om een zuur te vormen is geen zuurstof nodig.

Voorkomen

Zuurstof is naar voorkomen het eerste element in de aardkorst, het maakt daar ongeveer 46,7% van uit, meest in de vorm van metaaloxiden, silicaten, carbonaten en andere zouten. Ook van de oceanen is het het hoofdbestanddeel (87%), omdat het één van de twee elementen is waar water (H₂O) uit bestaat. Hetzelfde geldt voor het ijs waaruit de poolkappen hier op aarde bestaan.

Op andere hemellichamen, bijvoorbeeld Mars kan het ijs ook uit kooldioxide bestaan. Ook kooldioxide bevat zuurstof. Jupiterss Maan Europa is geheel bedekt met waterijs en kometen bestaan er ook grotendeels uit.

Het feit dat zuurstof in vrije vorm in de atmosfeer voorkomt is geheel een effect van het leven op aarde en met name de fotosysnthese van groene planten. Zonder de voortdurende aanmaak zou het element weer geleidelijk uit de atmosfeer verdwijnen omdat het vrij reactief is en zich met oxideerbare materialen zou verbinden. Bosbranden zijn daar een goed voorbeeld van.

Eigenschappen

Het element is een gas bij kamertemperatuur maar kan vrij eenvoudig vloeibaar gemaakt worden. De vloeistof en de vaste stof die bij nog iets lagere temperaturen stabiel is hebben een licht blauwe kleur. Alle vormen van zuurstof zijn paramagnetisch. Dit wordt veroorzaakt door de moleculaire elektronische structuur. Het molecuul heeft een dubbele binding. Als we de as van het molecuul als de z-as kiezen, kunnen de p_z een sigma binding aangaan. De p_x en p_y banen moeten echter zijdelings overlappen in een combinatie met pi-symmetrie. Iedere interactie leidt tot een bindende en een antibindende moleculaire baan. Omdat bij het vullen van de banen de antibindende banen die in totaal vier elektronen kunnen bevatten er maar met twee gevuld worden, zullen de twee elektronen met evenwijdige spin deze toestanden opvullen. Dit leidt tot een totale spin van S= 1/2+1/2 = 1 met drie waarden (-1,0,1) voor het spinmagnetisch kwantumgetal. Deze triplet toestand heeft een iets lagere energie dan de singlet toestand waar de spins gepaard worden. De ongepaarde elektronen van de triplet toestand maken het molecuul een paramagnetisch biradicaal. Singlet zuurstof kan onder bepaalde omstandigheden ook in kleine hoeveelheden gevormd worden en is vooral voor levende wezens een gevaarlijke stof die tot allerlei ontsporingen in de stowisseling, mogelijk ook tot kanker kan leiden.

Vanwege zijn merkwaardige elektronenstructuur en zijn hoge elektronegativiteit is elementaire zuurstof een agressieve oxidator die met vrijwel alle andere elementen stabiele verbindingen vormt. Uitzonderingen zijn een aantal van de lichtere edelgassen en het metaal goud, waarvan alleen metastabiele oxides bekend zijn.

In oxides neemt het element twee elektronen op en vormt de oxidatietoestand -2. Oxides van elementen in hun hoogste oxidatietoestand zoals nitraten, chromaten, chloraten enz. kunnen zelf ook bijzonder sterke oxidatoren zijn. Naast oxiden zijn er echter ook peroxides bekend, zoals waterstofperoxide H₂O₂. Nominaal is hier het oxidatie getal -1 en er is nog een enkele zuurstof-zuurstof binding (H-O-O-H). Peroxiden zijn niet erg stabiel en kunnen afhankelijk van onder andere de zuurgraad zowel als oxidator en als reductor optreden.

Vloeibare zuurstof kan uit vloeibare lucht gewonnen worden.

Toepassingen

Zuurstof in zuivere vorm wordt veel toegepast in lasapparatuur en in medische wereld voor mensen met ademproblemen. Ook in de luchtvaart of bij het duiken is het niet meer weg te denken. De vloeibare vorm vindt toepassing in de ruimtevaart. Als chemische grondstof is het ook bijzonder belangrijk, bijvoorbeeld voor de gecontroleerde oxidatie van ethyleen naar ethyleenoxide (over een zilverkatalysator). Dit industriële proces levert een belangrijke grondstof voor de polymeerindustrie

Gevaren

Brandgevaar wordt bij het gebruik van zuivere gasvormige en vooral van vloeibare zuurstof een nog veel ernstiger probleem dan het in het normale leven al is. Een prop watten gedrenkt in vloeibare zuurstof is een bom die afgaat met een metershoge steekvlam. De zuurstof is in zulke hoge concentratie op het oppervlak van de brandstof aanwezig dat de reactie ongemeen heftig wordt.

Ook ozon en peroxiden zijn gevaarlijke materialen die met kennis van zake behandeld dienen te worden. Inademen van te grote hoeveelheden ozon kan tot ernstige longproblemen leiden, bovendien kan ozon met veel vluchtige organische verbindingen reageren tot schadelijke verbindingen. Een verzamelnaam voor dit soort verontreiniging is smog.

Zie ook:

• Scheikunde
• Periodiek systeem
  • Standaard
  • Alternatief
• Isotopen tabel
  • Complete tabel
  • Tabel in delen
• Lijst met elementen
  • Gesorteerd op naam
  • Gesorteerd op symbool
  • Gesorteerd op nummer
• Naburige elementen
  • Lager atoomnummer is Stikstof
  • Hoger atoomnummer is Fluor

• EnvironmentalChemistry.com - Oxygen
• WebElements.com - Oxygen