O/Zuurstof

Naam

De Latijnse naam oxygenium is afkomstig van de Griekse woorden oxys en geinomai, dat zuurvormer betekent. De Franse chemicus Antoine Lavoisier stelde die naam in 1777 voor omdat het in alle (toen bekende) zuren voorkwam. De veronderstelling was dat zuurstof de zure eigenschappen van de zuren veroorzaakte. De Nederlandse term zuurstof is een vrijwel letterlijke vertaling.

De naam ozon is afkomstig van het Griekse ozein, wat geuren of rieken betekent.

Ontdekking

De ontdekking van zuurstof wordt toegeschreven aan de Duits-Zweedse chemicus Carl Wilhelm Scheele (foto) en de Engelsman Joseph Priestley. Zij publiceerden (onafhankelijk van elkaar) concrete beschrijvingen van zuurstof als onderdeel van lucht en slaagden er bovendien in het element vrij te maken uit een zuurstofhoudende verbinding.

Voorkomen

Zuurstof is het meest voorkomende element op aarde. Het water in de oceanen bevat 85,8% zuurstof en het menselijk lichaam bestaat voor ruim 60% uit zuurstof (berekend op basis van gewicht). De elementaire vorm van zuurstof (O₂) komt vooral in de atmosfeer voor, met een aandeel van 21%. Daar is ook de bijzondere zuurstofvorm ozon (O₃) aan te treffen.

Bijna de helft (46,1%) van de aardkost bestaat uit zuurstof. Het zit in gesteenten en mineralen in verbinding met een breed scala aan andere elementen. Bijvoorbeeld:

• Agaat                                SiO₂
• Amethist (foto)              SiO₂
• Anataas                           TiO₂
• Cassiteriet                       SnO₂
• Chromiet                        FeCr₂O₄
• Corundum                     Al₂O₃
• Cupriet                           Cu₂O
• Hematiet                        Fe₂O₃
• Kwarts                            SiO₂
• Magnetiet                      Fe + 2Fe + 32O₄
• Opaal                              SiO₂
• Spinel                             MgAl₂O₄

Ook in silicaten, carbonaten en sulfaten is zuurstof aanwezig. De meest voorkomende verbinding is siliciumdioxide (SiO₂, silica, het hoofdbestanddeel van zand).

Winning

De productie van zuivere zuurstof vindt plaats in ‘luchtfabrieken’, waar men de in lucht aanwezige gassen isoleert.

Bereiding

Vroeger

Zuurstof werd vroeger bereid door verhitting van zuurstofhoudende verbindingen, zoals kaliumnitraat, kwik(II)oxide of kaliumchloraat, met bruinsteen als katalysator:

Bijv.:

$2 {\mathrm{KClO}}_3 \stackrel{(150°\mathrm{C}, {\mathrm{MnO}}_2)}{\to } 2 \mathrm{KCl} + 3 {\mathrm{O}}_2$

Tegenwoordig

Industriële productie van zuurstof vindt tegenwoordig vooral plaats in ‘luchtfabrieken’ die lucht via gefractioneerde destillatie scheiden in de samenstellende gassen. Zuurstof is het belangrijkste product, met stikstof als ‘bijvangst’ (hoewel dat in veel grotere hoeveelheden wordt geproduceerd). Verder produceren deze fabrieken edelgassen zoals argon, neon en krypton.

In de natuur produceren planten op grote schaal zuurstof via fotosynthese. Met koolstofdioxide (afkomstig uit de lucht) en water als grondfstoffen maken ze – met behulp van chlorofyl en zonlicht – koolhydraten en zuurstof.

Bij dit proces wordt in feite zuurstof vrijgemaakt uit water:

$\mathrm{n} {\mathrm{CO}}_2 + \mathrm{n} {\mathrm{H}}_2\mathrm{O} \stackrel{(\mathrm{licht}, \mathrm{chlorofyl})}{\to }2\mathrm{n} \mathrm{O} + {\left[{\mathrm{CH}}_2\mathrm{O}\right]}_{\mathrm{n}}$

en vervolgens

$2 \mathrm{O} \to {\mathrm{O}}_2$