Luft - Bildungsserver Rheinland-Pfalz

2.2.1 Sauerstoff
Methodisch-didaktische Anmerkungen
Steckbrief:
• chemisches Zeichen: O (lat. Oxygenium)
• häufigstes Element auf der Erde
• Gehalt in der Luft 20,95 %
• kommt in der Luft als O 2 –Moleküle vor
• bei Normaltemperatur gasförmig, farblos, geruchlos
• in Wasser schwach löslich (bei 20 °C, 31 cm³/Liter)
• Dichte (spez. Gewicht oder Litergewicht) = 1,429 g/l bei 0 °C, 1,33 g/l bei 20 °C
• Siedetemperatur –183 °C, Schmelztemperatur –219 °C
• Technische Gewinnung durch Luftverflüssigung (starkes Abkühlen) und anschließende
Destillation (Linde–Verfahren)
• sehr reaktionsfähiges Element, welches mit vielen anderen Stoffen gut reagiert
(Oxidationen), z. B. Verbrennungen
• nicht brennbar, unterstützt die Verbrennung
Sauerstoff lässt sich in kleineren Mengen in der Schule durch Erhitzen von Kaliumpermanganat
erzeugen. Günstig ist es freilich, wenn für die dargestellten Experimente
auf die Sauerstoffflasche zurückgegriffen werden kann, weil es dann (im Normalfall)
keine Versorgungsprobleme während des Experimentierens gibt, z. B. beim experimentellen
Nachweis oder der Bestimmung der Dichte des Sauerstoffs.
Der Anteil des Sauerstoffs in der Luft kann auf verschiedene Weise bestimmt werden.
Drei Varianten werden beschrieben, wobei der beliebte Versuch mit der
schwimmenden Kerze unter einem Glaszylinder naturwissenschaftlich fragwürdig ist.
Dieser eignet sich aber gut als Einstiegsexperiment, weil sich daran Fragen anschließen,
die einen anderen Versuch fordern und damit naturwissenschaftliches
Denken an einem relativ einfachen Beispiel verdeutlicht wird.
Der Versuch mit der Kerze kann aus mehreren Gründen keine genauen Ergebnisse
liefern. Die Kerze erlischt nicht erst bei einem Sauerstoffgehalt von 0 %, sondern
schon bei einem O 2 –Gehalt von etwa 16 % (Pfeifer, P./Pfeifer, G.: Luft. Unterricht
Chemie Bd. 6). Beim Verbrennen von Kerzenwachs entstehen Wasserdampf und
Kohlenstoffdioxid, also gasförmige Stoffe. Wasserdampf kondensiert zwar, aber CO 2
bleibt gasförmig, also kann das Gasvolumen unter dem Glaszylinder theoretisch nicht
auf 80 % zurückgehen. CO 2 wird z. T. in Wasser aufgenommen (gelöst), aber nicht
100%ig. Das Restgas unter dem Glaszylinder kann mit dem Kolbenprober-Versuch
(s. u.) untersucht werden und zeigt noch einen deutlichen O 2 -Gehalt.
Beim Versuch, bei dem das Restvolumen der Luft nach einem Verbrennungs- bzw.
Oxidationsvorgang gemessen wird (V4), muss das Reaktionsrohr (Rohr mit relativ
geringem Querschnitt und 20-30 cm Länge) gut mit Stahlwolle gefüllt sein, damit
möglichst wenig „Totvolumen“ vorhanden ist, d. h. Luft, welche nicht in den beiden
Messwerten der Kolbenprober enthalten ist. Es ist wichtig, nach dem Versuch das
Gas abkühlen zu lassen wegen der starken Temperaturabhängigkeit von Gasvolumi-
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