Zuurstof is eenchemisch element met symboolO (uit hetOudgrieks ὀξύς oxýs plus-gen via hetLatijnseoxygenium) enatoomnummer 8. Het is eenniet-metaal dat tot dezuurstofgroep (groep VIa of groep 16) in hetperiodiek systeem behoort. Zuurstof komt alsenkelvoudige stof vooral alsdizuurstof (O2) in de atmosfeer voor. Insamengestelde vorm is het eveneens een wijdverspreid element omdat alle water van de oceanen en allesilicaten waar de aardkorst uit bestaat zuurstof bevatten. Gemeten naar massa is zuurstof veruit het meest voorkomende element in het menselijk lichaam: dat bestaat voor ongeveer 65% uit zuurstof (voornamelijk als bouwsteen van water).[1]
Als gas is zuurstof kleurloos, geurloos en smaakloos. Als vloeistof is het lichtblauw.[2]
Zuurstof komt in vrije mono-atomaire vorm (het zuurstof-radicaal O⋅) op aarde alleen in de ijlere hoge lagen van de atmosfeer voor. Losse atomen van dit element zijn zeer reactief en verbinden zich snel met andere stoffen; bijvoorbeeld bij het ontleden vanwaterstofperoxide H2O2 zal het 'losse' O-atoom direct recombineren met andere O-atomen tot O2. Zulke losse zuurstofatomen die korte tijd gedurende een reactie een rol spelen worden ook wel "in statu nascendi" genoemd.
Zuurstof als element komt op aarde voornamelijk voor alsdizuurstof (O2). Diatomair zuurstof kent twee vormen, een stabiele dietripletzuurstof genoemd wordt en een aangeslagen toestand diesingletzuurstof genoemd wordt. Voor de laatste vorm geldt iets vergelijkbaars als voor de monatomaire vorm: deze vorm ontstaat bij bepaalde reacties, maar in de regel leeft een singletzuurstofmolecuul niet lang vanwege de hoge reactiviteit.Fotosynthese is een bron van singletzuurstof. Planten hebben daaromcarotenoïde kleurstoffen om dit reactieve molecuul onschadelijk te maken.
Ozon of trizuurstof (O3) komt voor in de atmosfeer (in de ozonlaag) waar het gevormd wordt onder invloed van kosmische straling, maar kan ook opzeeniveau doorluchtvervuiling gevormd worden.
In de vaste fase kan zuurstof in meerdere fasen voorkomen. In de ε-fase, die enkel bij drukken hoger dan 10 GPa voorkomt en ookrode zuurstof wordt genoemd, zouden moleculen O4 en/of O8 voorkomen.
Zuurstof werd in 1771 ontdekt door de Zweedse apothekerKarl Wilhelm Scheele. De herontdekking doorJoseph Priestley maakte het pas in wijdere kring bekend. Men begreep al gauw dat dit gas, hoewel het maar een vijfde deel van delucht van onze planeet uitmaakt, verbranding mogelijk maakt, alsmede het ademen van mens en dier (en plant, gedurende de duisternis).
Het wasAntoine Lavoisier die het zijn wetenschappelijke naamoxygenium (zuurvormer) gaf. Men dacht dat het element een onontbeerlijk bestanddeel was van eenzuur.
Vooral het feit dat deelektrolyse van een groot aantal zuren (metwaterstofhalogeniden als uitzondering) aan dekathode zuurstofgas opleverde, was debet aan deze overtuiging. Hoewel oxiden van vele elementen zuurvormend zijn, is het omgekeerde niet waar: om een zuur te vormen is zuurstof niet noodzakelijk. De vorming vanwaterstofchloride uitwaterstofgas enchloorgas is hiervan een voorbeeld.
Vloeibaar O2 vindt toepassing in de ruimtevaart en bij grootverbruikers. Als chemische grondstof is het ook bijzonder belangrijk, bijvoorbeeld voor de gecontroleerde oxidatie van ethyleen naarethyleenoxide (over een zilverkatalysator). Dit industriële proces levert een belangrijke grondstof voor de polymeerindustrie.
Zuurstofgas is onmisbaar voor vele organismen op aarde. Immers, zonder O2 zou er nergens op aarde aerobedissimilatie plaatsvinden. Op zeeniveau bestaat de lucht voor ongeveer 21% uit zuurstofgas. Vermits het biochemisch proces van levende wezens hierop is aangepast, is dit een optimale hoeveelheid om het lichaam in goede conditie te houden. Zodra men zich naar de bergen verplaatst, zal de luchtdruk, en de hoeveelheid zuurstofgas in eenzelfde volume lucht, iets dalen. Levende wezens kunnen dan ademhalingsproblemen krijgen.
FiO2 (fraction of inspired oxygen) is themolfractie ofvolumefractie van zuurstof in medisch toegediende lucht met extra zuurstof.
Zuurstof is, naar massa van voorkomen,het eerste element in de aardkorst. Het maakt er ongeveer 46,7% van uit, het meest in de vorm van metaaloxiden, silicaten,carbonaten en anderezouten.Het is het hoofdbestanddeel (gewichtsaandeel 88,8%) van de oceanen, als een van de elementen waaruit water (H2O) bestaat. Hetzelfde geldt voor het ijs waaruit de poolkappen bestaan.
Op andere hemellichamen, bijvoorbeeldMars, bestaat het ijs mogelijk uitkoolstofdioxide, dat overigens ook zuurstof bevat.Jupiters maanEuropa is geheel bedekt met waterijs enkometen bestaan grotendeels uit waterijs.
Dat zuurstof in vrije vorm in deatmosfeer voorkomt, is het gevolg van het leven op aarde, met name van defotosynthese door cyanobacteriën. Zonder die voortdurende productie zou het element geleidelijk uit de atmosfeer verdwijnen, omdat het vrij reactief is en zich met oxideerbare materialen verbindt. Bosbranden zijn hiervan een goed voorbeeld.
Er zijn twee belangrijke methoden die worden gebruikt om jaarlijks 100 miljoen ton O2 te produceren uit de lucht voor industriële toepassingen. De meest voorkomende methode is fractionele destillatie van vloeibare lucht in de verschillende componenten, waarbij N2 destilleert als een damp, terwijl O2 achterblijft als vloeistof.
Naast het meest voorkomende zuurstofisotoop16O komen er nog twee andere stabiele isotopen voor:17O en18O. Er is tevens een tiental radioactieve isotopen bekend methalveringstijden van minder dan drie minuten.
Brandgevaar wordt bij het gebruik van zuivere gasvormige en vooral van vloeibare zuurstof een nog veel ernstiger probleem dan het in het normale leven al is. Een prop watten gedrenkt in vloeibare zuurstof is een bom die afgaat met een metershoge steekvlam. De zuurstof is in zulke hoge concentratie op het oppervlak van de brandstof aanwezig dat de reactie ongemeen heftig wordt.
Ookozon enperoxiden zijn gevaarlijke materialen die met kennis van zake behandeld dienen te worden. Inademen van te grote hoeveelheden ozon kan tot ernstige longproblemen leiden, bovendien kan ozon met veel vluchtige organische verbindingen reageren tot schadelijke verbindingen. Een verzamelnaam voor dit soort verontreiniging issmog.
Onder druk is zuurstof giftig voor de mens. De maximale diepte voor het duiken met zuivere zuurstof is 6 meter (ziezuurstofvergiftiging).
Vanwege zijn merkwaardige elektronenstructuur en zijn hogeelektronegativiteit is elementaire zuurstof een agressieve oxidator, die met vrijwel alle andere elementen stabiele verbindingen vormt. Uitzonderingen zijn enkele van de lichtereedelgassen en het metaalgoud, waarvan alleenmetastabiele oxiden bekend zijn. Het op aarde meest voorkomende en belangrijkste oxide is uiteraardwater.
Inoxiden neemt het element twee elektronen op en vormt de oxidatietoestand -II. Oxoanionen van elementen in hun hoogsteoxidatietoestand zoalsnitraten,chromaten,perchloraten enz. kunnen zelf ook bijzonder sterke oxidatoren zijn.
Veel oxiden zijn ofwel zuur- ofwel basevormend wanneer zij met water gecombineerd worden, bijvoorbeeld:
Met name wanneer het centrale atoom een klein ion met hoge lading is, is het oxide zuur van aard. Grote ionen met een lage lading geven basen.
Er zijn oxozuren en erop gebaseerde zouten met complexe oxo-anionen bekend van een vrij groot aantal elementen.
Naast oxiden zijn er echter ookperoxiden bekend, zoalswaterstofperoxide H2O2. Formeel is hier het oxidatiegetal −1 en er is een enkele zuurstof-zuurstof binding (H-O-O-H). Peroxiden zijn niet erg stabiel en kunnen afhankelijk van onder andere de zuurgraad als oxidator of als reductor optreden.
Insuperoxiden heeft zuurstof formeel de oxidatietoestand −1/2.
