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2024-12-15T15:57:50Z

Einzelnachweise

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Es existieren mehrere '''allotrope Formen von Sauerstoff'''.

[[Sauerstoff]] ist ein typisches [[Nichtmetall]]. Es besteht im gasförmigen Zustand aus einzelnen [[Molekül]]en. Das Element bildet dabei mehrere [[Allotrop]]e, die nach der Anzahl Sauerstoff[[atom]]e zu unterscheiden sind. Die häufigste Form des Sauerstoffs ist der Disauerstoff O2. Weitere Allotrope sind [[Ozon]] O3 sowie die seltenen Allotrope Tetrasauerstoff O4 und Oktasauerstoff O8.

== Atomarer Sauerstoff ==
Atomarer Sauerstoff, bezeichnet als O oder O1, ist hoch reaktiv. Er verbindet sich schnell mit benachbarten Molekülen. Daher existiert atomarer Sauerstoff in der Natur nahe der Erdoberfläche nur für sehr kurze Zeit. Im Weltraum führt das Vorhandensein intensiver ultravioletter Strahlung jedoch zu einer Atmosphäre in der niedrigen Erdumlaufbahn, in der 96 % des Sauerstoffs in atomarer Form vorliegen und Bedeutung für die spezielle Langzeitkorrosion der Satelliten hat.<ref name="nasas11">{{Webarchiv |url=https://www.nasa.gov/topics/technology/features/atomic_oxygen.html |text="Out of Thin Air" |wayback=20170623003016 |archiv-bot=}} .NASA.gov. February 17, 2011.</ref>

== Hochdruckphasen von Sauerstoff ==
Bei Raumtemperatur und Drücken größer 10 [[Pascal (Einheit)|GPa]] wandelt sich Sauerstoff, bestehend aus O2-Molekülen, in einen roten Feststoff um. Diese [[Phase (Materie)|Phase]], die anscheinend ein weiteres [[Allotrop]] neben [[Sauerstoff|Disauerstoff]] (O2) und [[Ozon]] (O3) darstellt, wird auch ''ε-Sauerstoff'' oder ''roter Sauerstoff'' genannt. Ursprünglich wurde aufgrund [[Infrarotspektroskopie|infrarotspektroskopischer]] Untersuchungen im Jahr 1999 angenommen, dass es sich hierbei um Tetrasauerstoff O4 handelt. Kristallographische Analysen des roten Sauerstoffs aus dem Jahr 2006 deuten jedoch auf neuartige O8-Aggregate, die sich aber von den S8-Ringen des [[Schwefel]]s unterscheiden.<ref>[[Ralf Steudel]], Ming Wah Wong (2007): ''Dunkelrote O8-Moleküle in festem Sauerstoff: rhombusförmige Cluster statt S8-ähnlicher Ringe''. Angewandte Chemie, '''119''' (11), 1798–1801.</ref> Bei 4800 °C und 96 GPa tritt ein Phasenübergang zum ''ζ-Sauerstoff'' auf, der elektrisch leitend ist und in dieser [[Metalle|metallischen]] Form wahrscheinlich im Inneren der Gasplaneten [[Jupiter (Planet)|Jupiter]] und [[Saturn (Planet)|Saturn]] vorliegt.

=== Tetrasauerstoff ===
[[Datei:Tetraoxygen-D2d-3D-balls.png|miniatur|Tetrasauerstoff als 4-Eck]]
[[Datei:Tetraoxygen-D3h-3D-balls.png|miniatur|Tetrasauerstoff in Y-Form]]
Schon seit 1911 gab es erste Hinweise auf die Existenz von O4, das auch als ''Oxozon'' bezeichnet wurde und womöglich bei der Ozonherstellung nach [[Carl Dietrich Harries]] entstand. Die damals beobachteten Additionen von vier Sauerstoffatomen an einzelne Doppelbindungen organischer Verbindungen legten das vorübergehende Vorhandensein von O4 nahe. Auch wurde Tetrasauerstoff 1924 von [[Gilbert Newton Lewis]] vorhergesagt, um damit das Versagen des [[Curiesches Gesetz|Curieschen Gesetzes]] für flüssigen Sauerstoff erklären zu können. Tatsächlich wurden O4-Aggregate schon in flüssigem Sauerstoff nachgewiesen. Doch sind diese als (O2)2 aufzufassen, welche aus zwei O2-Molekülen bestehen und mit einer [[Dissoziationsenergie]] von 0,54 kJ/mol sehr instabil sind.

Mittels [[Massenspektrometrie]] konnte Tetrasauerstoff 2001 indirekt nachgewiesen werden. Dabei wurden zunächst O2-Moleküle und positiv geladene O2-Ionen zu O4-Ionen kombiniert, deren Existenz die Massenspektrometrie zeigen konnte. Anschließend wurden die Ionen durch Aufnahme von Elektronen in neutrale O4-Moleküle umgewandelt, die nicht direkt im Massenspektrometer nachgewiesen werden können. Doch da nach einer Reionisierung wieder die O4-Ionen auftraten, müssen zwischenzeitlich auch stabile, neutrale O4-Moleküle existiert haben. Theoretische Berechnungen sprachen bisher entweder für ein Dreieck aus Sauerstoffatomen mit einem vierten Atom im Zentrum, oder für ein rautenförmiges Molekül. Die dargestellten Ergebnisse deuten auch darauf hin, dass die vier Sauerstoffatome zwei hantelförmige O2-Moleküle mit lockerer Bindung zueinander bilden könnten. Die Zusammenlagerung der beiden O2-Moleküle beruht auf der Besetzung von zwei bindenden [[Molekülorbital]]en (MO), die neben zwei antibindenden MOs aus vier entarteten π*-Orbitalen entstanden sind und durch zwei Elektronenpaare mit antiparallelem [[Spin]] besetzt sind ([[HOMO (Physik)|HOMO]] und HOMO-1).

Eine mögliche technische Anwendung aufgrund der hohen [[Energiedichte]] von O4 könnte die Nutzung als eine Komponente in [[Raketentreibstoff]]en sein. Dabei wird erwartet, dass die Verbrennung mit Wasserstoff oder Kohlenwasserstoffen noch effektiver ist als bei flüssigem O2<ref>Nature News: [http://www.nature.com/news/1998/011122/full/news011122-3.html New form of oxygen found]. {{doi|10.1038/news011122-3}}</ref>.

In dem [[Fernerkundung]]sverfahren ''[[Differenzielle optische Absorptionsspektroskopie]]'' wird ausgenutzt, dass der Stoßkomplex O4 proportional zum Quadrat der bekannten Sauerstoffkonzentration vorkommt. Über die Absorptionsstrukturen von O4 ist es dann möglich, Rückschlüsse auf atmosphärische Eigenschaften zu ziehen.

=== Oktasauerstoff ===
[[Datei:Octaoxygen-from-xtal-3D-balls.png|mini|Oktasauerstoff]]
Gestützt auf [[Infrarotspektroskopie|infrarotspektroskopische]] Messungen wurde seit 1999 angenommen, dass es sich bei ''ε-Sauerstoff'' um Tetrasauerstoffmoleküle, also O4 handelt. Jedoch konnten neuere [[Kristallographie|kristallographische]] Studien die Existenz von O8-Aggregaten im ''ε-Sauerstoff'' nachweisen. Die O8-Struktur unterscheidet sich aber von den kronenförmigen S8-Ringen des [[Schwefel]]s und ähnelt einem etwas zusammengedrückten Würfel, bei dem jeweils zwei Sauerstoffatome an den vier verkürzten Kanten sitzen. Die Bindungen in den O2-Einheiten betragen 120 [[Pikometer]] (pm) und entsprechen damit der Bindungslänge von molekularem Sauerstoff unter [[Normalbedingungen]] (121 pm), während die Abstände in den O4-Ringen mit 219 pm deutlich kleiner als der [[Van-der-Waals-Radius|Van-der-Waals]]-Abstand von 304 pm für Sauerstoff sind. Auch die kurzen Abstände von ca. 260 pm zwischen den O8-Quadern deuten auf bindende Wechselwirkungen hin.

== Literatur ==
* {{Holleman-Wiberg|Auflage=101.|Startseite=504}}
* F. Cacace, G. De Petris, A. Troiani: ''Experimental Detection of Tetraoxygen.'' In: ''Angewandte Chemie (International ed. in English).'' Band 40, Nummer 21, November 2001, S. 4062–4065, {{ISSN|1521-3773}}. PMID 12404493. {{DOI|10.1002/1521-3773(20011105)40:21<4062::AID-ANIE4062>3.0.CO;2-X}}.

== Weblinks ==
* [http://www.lateralscience.co.uk/marum/ Darstellung des Oxozons 1911] (en)
* [http://prola.aps.org/abstract/PRL/v83/i20/p4093_1 Infrarotspektrum von rotem Sauerstoff] (en)
* [https://www.wissenschaft.de/technik-digitales/fluessiger-sauerstoff-wird-bei-hohem-druck-ein-metall/ ''Flüssiger Sauerstoff wird bei hohem Druck ein Metall.''] Auf: ''wissenschaft.de'' vom 9. April 2001
* [https://www.chemistryworld.com/news/red-oxygen-structure-revealed/3003419.article Kristallographische Analyse des ε-Sauerstoffs] (en)
* [http://www.spring8.or.jp/en/news_publications/press_release/2006/060906 Experimenteller Nachweis von Oktasauerstoff] (en)
* [http://www.spring8.or.jp/pdf/en/res_fro/06/062-063.pdf O8 Cluster in the ε Phase of Solid Oxygen]

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Sauerstoffmodifikation| ]]

Allotrope Formen von Sauerstoff - Versionsgeschichte

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