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Alles über Sauerstoff
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Sauerstoff ist das häufigste und am
weitesten verbreitete Element auf unserem Planeten. Fast jedes
Lebewesen und die meisten Pflanzen sind existenziell darauf
angewiesen. Sie entnehmen ihn meistens durch Atmung aus der Luft
oder in gelöster Form aus dem Wasser. In hohen Konzentrationen ist
er für die meisten Lebewesen giftig.
Sauerstoff (auch Oxygenium genannt ; von griechisch oxys
„scharf, spitz, sauer“ und gen „erzeugen, gebären“, zusammen „ich
erzeuge Säure“) ist ein chemisches Element mit dem Symbol O und der
Ordnungszahl 8. Sauerstoff ist das häufigste Element auf der Erde.
Atomarer Sauerstoff, das heißt Sauerstoff in Form freier, einzelner
Sauerstoffatome, kommt stabil nur unter extremen Bedingungen vor,
beispielsweise im Vakuum des Weltalls oder in heißen
Sternatmosphären. Er hat jedoch eine wesentliche Bedeutung als
reaktives Zwischenprodukt in vielen Reaktionen der
Atmosphärenchemie. Elementar tritt Sauerstoff überwiegend in Form
eines kovalenten Homodimers auf, also einer Verbindung aus zwei
Sauerstoff-Atomen und mit der Summenformel O2, bezeichnet
als molekularer Sauerstoff, Dioxygen oder Disauerstoff. Es ist ein
farb- und geruchloses Gas, das in der Luft zu 21% enthalten ist. Es
ist an vielen Verbrennungs- und Korrosionsvorgängen beteiligt. Die
metastabile, energiereiche und reaktive allotrope Form aus drei
Sauerstoffatomen (O3) wird Ozon genannt.
Carl Wilhelm Scheele im Jahre 1771 und
Joseph Priestley im Jahre
1774 haben unabhängig voneinander im Zusammenhang mit der
Erforschung von Verbrennungsvorgängen den Sauerstoff entdeckt. Der
deutsch-schwedische Apotheker Carl Wilhelm Scheele stellte Versuche
an. Beim Erhitzen von Braunstein (Mangandioxid) oder Kaliumpermanganat mit konzentrierter Schwefelsäure (Vitriol) erhielt
er ein farbloses Gas. Dieses Gas förderte die Verbrennung und
Scheele nannte es „Feuerluft“ oder nach der Herkunft „Vitriolluft“.
Gänzlich unabhängig konnte der Engländer Joseph Priestley zwei Jahre
später durch Erhitzen von Quecksilberoxid Sauerstoffgas herstellen.
1883 gelang es Karol Olszewski und Zygmunt Florenty Wróblewski als
Ersten,
Sauerstoff im flüssigen Aggregatzustand herzustellen.
In elementarem Zustand wird Sauerstoff in Form von O2 in
der Atmosphäre und in Gewässern gelöst gefunden. Zumeist kommt
Sauerstoff in seinen Verbindungen auf und in der Erde vor. In der
Erdhülle sind fast alle Minerale und damit Gesteine
sauerstoffhaltig. Zu den wichtigsten zählen die Silicate, wie
Feldspäte, Glimmer und Olivine, die Carbonate, wie das
Calciumcarbonat im Kalkstein und Oxide wie Siliciumdioxid als Quarz.
Im Weltall ist Sauerstoff nach Wasserstoff und Helium das
dritthäufigste Element. Der Massenanteil von Sauerstoff beträgt im
Sonnensystem etwa 0,8%.
Technisch wird Sauerstoff heute fast ausschließlich durch
Rektifikation von Luft gewonnen. Das Verfahren wurde 1902 zunächst
von
Carl von Linde entwickelt (Linde-Verfahren) und von
Georges Claude wirtschaftlich rentabel gestaltet. Geringe Mengen
ergeben sich als Nebenprodukt bei der Wasserstoffproduktion durch
Elektrolyse von Wasser.
Molekularer Sauerstoff ist ein farb-, geruch- und geschmackloses
Gas, welches bei -182,97°C zu einer farblosen Flüssigkeit
kondensiert. In dicken Schichten zeigt gasförmiger und flüssiger
Sauerstoff eine blaue Farbe. Unterhalb -218,75°C erstarrt Sauerstoff
zu blauen Kristallen. Sauerstoff ist in Wasser wenig löslich. Die
Löslichkeit ist abhängig vom Druck und der Temperatur. Sie steigt
mit abnehmender Temperatur und zunehmendem Druck.
Sauerstoff reagiert mit den meisten Elementen des Periodensystems
direkt. Elementarer, gasförmiger Sauerstoff ist relativ
reaktionsträge, viele Reaktionen finden bei Normalbedingungen gar
nicht oder nur langsam statt. Der Grund hierfür liegt darin, dass
Sauerstoff metastabil ist und die Reaktionen mit anderen Stoffen
kinetisch gehemmt sind. Zur Reaktion werden entweder eine hohe
Aktivierungsenergie oder sehr reaktive Radikale benötigt. Diese
Barriere kann durch Temperaturerhöhung, Licht oder Katalysatoren
überschritten werden. Auch in Gegenwart von Wasser oder Wasserdampf
verlaufen viele Oxidationen mit Sauerstoff leichter.
Sauerstoff zur Anwendung in der Humanmedizin unterliegt aufgrund
gesetzlicher Regelungen einer strengen Kontrolle. Der in weiß
gekennzeichneten Flaschen abgefüllte medizinische Sauerstoff gilt in
Deutschland als Fertigarzneimittel im Sinne des
Arzneimittelgesetzes
(AMG). Die Herstellungserlaubnis von Oxyparat®
finden Sie auf unserer Seite
Downloads.
Vorsicht ist bei der Sauerstoffgabe geboten, wenn Patienten an einer
chronischen Lungenerkrankung mit erhöhtem CO2-Partialdruck
leiden. Bei ihnen kann das plötzliche „Überangebot“ an Sauerstoff zu
einer CO2-Narkose mit Atemstillstand führen.
Wenn Säuglinge und Kleinkinder nach einer zerebralen Hypoxie mit
reinem Sauerstoff beatmet werden, könnte das laut einer Studie die
Hirnschäden noch vergrößern.
Verletzungen und viele Erkrankungen der Lunge sowie einige
Herzkrankheiten und insbesondere Schockzustände können zu einem
Sauerstoffmangel (Hypoxie) in den Schlagadern (Arterien) und im
Gewebe lebenswichtiger Organe führen. Aus diesem Grund wird
Patienten in der Notfall- und Intensivmedizin sehr häufig
zusätzlicher Sauerstoff verabreicht. Bei selbstständig atmenden
Patienten wird die Umgebungsluft mit Hilfe verschiedener Sonden und
Masken mit Sauerstoff angereichert, bei künstlich beatmeten
Patienten wird der Sauerstoff im Beatmungsgerät zugemischt. Bei
Krankheiten mit einem schweren chronischen Sauerstoffmangel im Blut
werden durch eine langfristige und täglich mehrstündige Zufuhr von
Sauerstoff (Sauerstoff-Langzeittherapie) sowohl die Lebensqualität
als auch die Überlebensdauer verbessert. Der 100%-ige Sauerstoff
kann bei der Beatmung zu Problemen wegen Verdrängens des
Kohlenstoffdioxid aus den Gefäßen sowie zur unerwünschten Erhöhung
der Hirnaktivität in Hypothalamus, der Insula sowie im Hippocampus
führen. Diese negativen Folgen werden durch den Zusatz von
Kohlenstoffdioxid vermieden.
In der Wellness- und Lebensmittelindustrie wird in letzter Zeit
verstärkt für Produkte geworben, die mit Sauerstoff angereichert
seien. Zum Beispiel wird Wasser verkauft, das einen erhöhten
Sauerstoffgehalt haben soll. Allerdings ist es umstritten, dass
derartige Produkte eine positive Wirkung auf das Wohlbefinden haben
können. Sauerstoff löst sich nur in geringen Mengen in Flüssigkeiten
und wird über den Magen weitaus schlechter aufgenommen als über die
Lunge.
Wird reiner Sauerstoff oder Luft mit einem höheren Sauerstoffanteil
über längere Zeit eingeatmet, kann es zur Vergiftung der Lunge, dem
sogenannten Lorrain-Smith-Effekt kommen. Dabei werden die
Lungenbläschen (Lungenalveolen) durch Anschwellen in ihrer normalen
Funktion gehindert.
Der Paul-Bert-Effekt bezeichnet eine Sauerstoffvergiftung des
Zentralnervensystems. Diese kann bei Hochdruckatmung jeglicher
Sauerstoff-Stickstoff-Gemische auftreten, das Risiko erhöht sich
jedoch mit Erhöhung des Sauerstoffanteils und des Gesamtdrucks. Bei
Sauerstoff-Teildrücken oberhalb 1,7 bar kommt es innerhalb relativ
kurzer Zeit zu einer Vergiftung. Dies spielt beispielsweise beim
Tauchen eine Rolle, da es die maximale Tauchtiefe anhängig vom
Sauerstoffpartialdruck begrenzt.
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Richtiger Umgang mit
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