Sauerstoff

Was ist Sauerstoff?

Sauerstoff (Symbol O, Ordnungszahl 6, Atommasse 16 g/mol ) ist das häufigste Element in der Erdkruste und der Erdhülle (Anteil 48,9 %). Außerdem ist es das zweithäufigste Element auf dem Planeten (Anteil 30 %; Eisen ist das häufigste). Dieses Element gehört zu den lebensnotwendigen Substanzen auf der Erde, da jedes Lebewesen Sauerstoff zum Atmen benötigt. Ebenfalls wichtig ist es für Verbrennungsprozesse, da ohne Sauerstoff nichts verbrannt werden kann.

In welcher Form kommt Sauerstoff auf der Erde vor?

Molekularer Sauerstoff kommt als Molekül in Form von O₂ auf der Erde vor. Ebenfalls kommt Sauerstoff gebunden mit Wasserstoff (H) als Wasser (H₂O) vor. Ein weiterer Grund für seine Lebensnotwendigkeit, da Wasser ebenfalls wichtig für alle Lebewesen ist.

Durch starke UV-Strahlen und photochemischer Prozesse, kann aus Sauerstoff auch das bekannte Ozon (O₃) gebildet werden. Die Ozonschicht schützt den Menschen und alle anderen Lebewesen vor den gefährlichen UV-B Strahlen (Hauptgrund für einen Sonnenbrand).

Bei Verbrennungsprozessen muss unterschieden werden zwischen vollständiger Verbrennung und unvollständiger Verbrennung. Wenn die Verbrennung aus chemischer Sicht vollständig abläuft, wird aus dem Sauerstoff in Kombination mit Kohlenstoff (C), das bekannte Kohlenstoffdioxid (CO₂). Läuft die Verbrennung nicht vollständig ab, entsteht Kohlenstoffmonoxid (CO). Jeweils entsteht zusätzlich noch Wasser.

Wie gelangt Sauerstoff ins Wasser und in welcher Konzentration liegt es dort vor?

Als gasförmiger Sauerstoff reagiert es nicht mit Wasser, löst sich aber bei Kontakt mit Wasser auf natürliche Weise (Bei Normbedingungen). Da Sauerstoff ständig aber mit Wasser in Kontakt trifft, liegt eine gewisse Sättigung vor (10 mg/l bei 15 °C).

Je nach Art des Wassers variiert die Sauerstoffkonzentration etwas. Im Süßwasser beträgt der Sauerstoffgehalt 88,85 %.

Im Meerwasser liegt die Konzentration etwas niedriger bei 86 %. Das liegt am Salzgehalt im Meerwasser, welcher höher ist als im Süßwasser.

Das Grundwasser ist oft Sauerstofffrei und das Regenwasser ist gesättigt.

Ebenfalls nimmt Sauerstoff an vielen Reaktionen teil, wodurch Wasser entsteht. Beispielsweise wie oben beschrieben, bei Verbrennungsprozessen.

Je höher die Temperatur des Wassers, desto niedrig ist der Sauerstoffgehalt.

Technische Anwendung mithilfe von Sauerstoff

Sauerstoff wird bereits oben erwähnt, in vielen Industriellen Anlagen für chemische Reaktionen genutzt.

Beispiele für Verwendungen:

• Säureherstellung (Schwefelsäureherstellung, Salpetersäureherstellung etc.)
• Als purer Sauerstoff zur Beatmung im Medizinbereich
• Einleitung von Sauerstoffgas in Abwässer, um die Bakterienkultur zu fördern
• Lebensmittelzusatzstoff (Aufschäumen von Sahne)

Je nach Anwendung muss der Sauerstoff, vorher entfernt werden.

Sauerstoff in der Wasseraufbereitung

Es gibt keinen Grenzwert für Sauerstoff in der Trinkwasserverordnung, es wird lediglich spezifiziert, dass die Sättigungskonzentration nicht überschritten sein sollte. Aus korrosionschemischen Gründen ist allerdings eine Mindestkonzentration an Sauerstoff im Trinkwasser erwünscht (Passivierung der Rohrleitungen).

Für die Wasseraufbereitung in der Lebensmittelindustrie ist manchmal die Entfernung von Sauerstoff erforderlich, da z.B. im Brauwesen die Oxidation durch Sauerstoff im Bier zu unerwünschten Geschmacksänderungen führen kann. In diesem Fall kann Sauerstoff durch Membranentgasung (MEG) aus dem Speisewasser entfernt werden.

Für die Entfernung von Eisen, Mangan und Ammonium beispielsweise aus Brunnenwasser ist meist die Zugabe von Sauerstoff als Oxidationsmittel notwendig. Dabei wird Druckluft über einen Injektor in einen Behälter, den sog. Oxidator, eingeführt. Der Oxidator sollte immer mit einem Entlüftungsventil ausgerüstet sein, um die Ansammlung von Luftblasen zu vermeiden. Eisen- und Mangan werden durch Sauerstoff zu höherwertigen, unlöslichen Formen oxidiert, Ammonium wird zu Nitrat umgewandelt. Im Anschluss können wir Eisen- und Manganpartikel abfiltriert werden.