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1 Vorkommen: Sauerstoff a) O 2 : Atmosphäre: 23% (21 Vol-%) O 2 der Atmosphäre ist biolog. Ursprungs: (Chlorophyll, Enzyme, hν) H 2 O + CO 2 O 2 + {CH 2 O} b) H 2 O: Meerwasser 86% c) gebunden als Oxide, Silicate,...: Σ(Erdrinde, Meere, Biosphäre, Atmosphäre): 48.9% ( häufigstes Element) auf Mondoberfläche: auch 44.6% im Universum nach H, He an 3. Stelle Ferdinand Belaj 1

2 Darstellung: Sauerstoff Fraktionierte Destillation von flüssiger Luft (100 Mt pro Jahr vor allem für die Stahlindustrie) 2KClO 3 (400 C) 2KCl + 3O 2 2H 2 O 2 {Kat: MnO 2, I -, Fe 3+ } 2H 2 O + O 2 Ferdinand Belaj 2

3 Eigenschaften: farb-, geruch-, geschmackloses Gas, Löslichkeit: 31ml/l bei 20 C Elektronegativität 3.5 (nur F höher) krit. Temp: 118 C; Kp = -183 C (vgl. N 2 : Kp = -196 C) O 2 Molekül: Triplettzustand paramagnetisch, aber träge (MO-Schema: Hollemann 350): Triplett ( ) (+95kJ/mol) Singulett1 ( ) (10-4 s) Singulett1 (+63kJ/mol) Singulett2 ( ) (<10-9 s) Singulett (diamagnetisch): Entsteht durch Licht oder durch chem. Reaktionen sehr reaktiv: bleichen; Schutz des Blattgrüns durch β-carotin: ( Blätterverfärbung im Herbst) Verwendung in org. Chemie: [2+2], [4+2] Cycloaddition an Doppelbindung(en) Ferdinand Belaj 3

4 Ozon O 3 Gewinkeltes Molekül (117 ): O O O O O O stechend riechendes blaues Gas, tiefblaue Flüssigkeit, schwarzvioletter Festkörper (Fp = -192 C, Kp = -112 C) explosionsartige Zersetzung (in O 2 ) durch Katalysatoren, UV; bei Abwesenheit von Kat., UV nur langsame Zers. bei 200 C starke Absorption im UV ( nm): Ozonloch durch Reaktion mit Stickoxiden und FCKWs Darstellung: a) Ozonisator (stille Entladung durch 20 KV in metallbeschichteter Glasröhre) 10-15% O 3 b) UV-Bestrahlung von O 2 c) Elektrolyse von H 2 SO 4 Ferdinand Belaj 4

5 Ozon O 3 Eigenschaften: sehr starkes Oxidationsmittel; wird nur von F 2, Perxenaten (Ba 2 XeO 6 ), atomarem O, OH-Radikal übertroffen: CN - + O 3 OCN - + O 2 2NO 2 + O 3 N 2 O 5 + O 2 PbS + 4O 3 PbSO 4 + 4O 2 Addition an Doppelbindungen: O O O Primär-Ozonid Ozonid: C C O O C O C R 2 C=CR 2 Ozonid; + H 2 O R 2 C=O + R 2C=O + H 2 O 2 Verwendung: Sterilisation von Lebensmitteln, Wasser, Luft, Organische Chemie Ferdinand Belaj 5

6 Erde: 1,7*10 18 Tonnen (Meere: 1,4*10 18 Tonnen) 9 Kristallmodifikationen bekannt, häufig fehlgeordnet Eis: Isolator (rein!); bei 0 C: ρ(s) = 0,9168, ρ(l) = 0,9999 g/cm³ Hydrate: a) kationische Komplexe: [Be(OH 2 ) 4 ]SO 4, [Mg(OH 2 ) 6 ]Cl 2 Alaune [M(OH 2 ) 6 ] + [(Al,Fe,Cr)(OH 2 ) 6 ] 3+ [SO 4 ] 2 2- b) an Oxoanionen koordiniertes H 2 O: CuSO 4 5H 2 O (4 an Cu, 1 an SO 4 ) c) Kristallwasser füllt Packung H 3 [PW 12 O 40 ] 29H 2 O d) Wasser in Zeolithen H 2 O e) Clathrathydrate : 12, 46 oder 136 H 2 O bilden Käfig: Xe 8 (H 2 O) 46 HPF 6 6H 2 O: Hohlraum: abgestumpfter Oktaeder, PF 6 fehlgeordnet in den Hohlräumen: Ferdinand Belaj 6

7 Ferdinand Belaj 7

8 Ferdinand Belaj 8

9 H 2 O 2 Darstellung: früher: BaO 2 + 2H + Ba 2+ + H 2 O 2 speziell: K 2 S 2 O 8 + 2D 2 O 2KDSO 4 + D 2 O 2 jetzt: aus 2Ethyl-anthrachinon (bzw. hydrochinon): O Et + H 2 Katalysator OH Et O + Luft - 1% H 2 O 2 (Extraktion, Destil.) OH Physikalische Eigenschaften: Fp = -0,4 C, Kp = 150 C Diederwinkel: 112 (g), 90 (s) Ferdinand Belaj 9

10 Chemische Eigenschaften von H 2 O 2 a) Oxidationsmittel in saurer Lösung: 2[Fe(CN) 6 ] 4- + H 2 O 2 + 2H + 2[Fe(CN) 6 ] H 2 O analog: Fe 2+ Fe 3+ ; SO 2-3 SO 2-4 ; NH 2 OH HNO 3 b) Reduktionsmittel in alkalischer Lösung: 2[Fe(CN) 6 ] 3- + H 2 O 2 + 2OH - 2[Fe(CN) 6 ] H 2 O + O 2 2Fe 3+ +H 2 O 2 + 2OH - 2Fe H 2 O + O 2 c) Reduktionsmittel in saurer Lösung: 2MnO H2 O 2 + 6H + 2Mn H 2 O + 5O 2 d) Oxidationsmittel in alkalischer Lösung: Mn 2+ + H 2 O 2 Mn OH - e) Singulett O 2, wenn H 2 O 2 Reduktionsm.: rote Chemolumineszenz: HOCl + H 2 O 2 H 3 O + + Cl O * 2 in saurer Lösung Cl 2 + H 2 O 2 + 2OH - 2Cl - + 2H 2 O + 1 O * 2 in alkal. Lösung Ferdinand Belaj 10

11 Peroxide: Peroxide, Hyperoxide 4Na + O 2 (200 C) 2Na 2 O 2Na 2 O + O 2 (400 C) 2Na 2 O 2 2BaO + O 2 (600 C, 2atm) 2BaO 2 Verwendung: Bleichmittel (Altpapier, Textilien) Hyperoxide (engl. Superoxide): K, Rb,, Cs verbrennen in O 2 nicht zu Oxiden: Rb + O 2 (1atm) RbO 2 RbO 2 enthält das Radikal-Anion O 2 gelbe bis orangefarbene Festkörper,, stark oxidierend: 2SO 2 + 2O 2 2O 2 + 2SO 2 S 2 O 2-4 (Dithionit) 4KO 2 + 4CO 2 + 2H 2 O 4KHCO 3 + 3O 2 (Luftregeneration) Ferdinand Belaj 11

12 Ozonide, Dioxygenylverbindungen Ozonide: enthalten das O Anion; bekannt sind: NaO 3, KO 3, RbO 3, CsO 3, [Me 4 N]O 3 (am stabilsten) Darstellung aus Hyperoxiden: KO 2 + O 3 KO 3 + O 2 Dioxygenylverbindungen: enthalten O 2+ (Oxidationsstufe = +½) paramagnetisch O 2 O e - H = E i (O 2 ) = 1168 kj/mol hohe Elektronenaffinität notwendig: O 2 + PtF 6 (25 C) O 2 [PtF 6 ] (450 C) O 2 + Pt + 3F 2 O 2 F 2 + BF 3 O 2 [BF 4 ] + ½F 2 analog reagieren auch starke Lewis-Säuren wie AsF 5, PF 5, SbF 5 man kann auch eine Gasmischung (F 2 + O 2 + AsF 5 ) bestrahlen Vergleich von O 2+, O 2, O 2-, O 2 2- (Steudel 246) Ferdinand Belaj 12

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