Sauerstoffatomen

Sauerstoffatomen sind die grundlegenden Bausteine des Elements Sauerstoff. Jedes Atom besitzt 8 Protonen im Kern und, im häufigsten Isotop 16O, 8 Neutronen. Im neutralen Zustand hat es 8 Elektronen. Die Elektronenkonfiguration lautet 1s2 2s2 2p4, wobei zwei der drei 2p-Orbitale ungepaarte Elektronen enthalten. Daraus ergibt sich eine paramagnetische Eigenschaft des freien Sauerstoffatoms.

Die chemischen Eigenschaften ergeben sich aus der Elektronenkonfiguration. Die zwei ungepaarten Elektronen in den p-Orbitalen machen das Atom hoch reaktiv, insbesondere in ungebundenem Zustand. Die erste Ionisierungsenergie beträgt etwa 1313 kJ/mol und die Elektronenaffinität ca. 140 kJ/mol. Die Elektronegativität nach Pauling liegt bei rund 3,44. Sauerstoffatome reagieren schnell mit vielen Elementen und Verbindungen und bilden Oxide, Hydroxide oder O-Atome in Reaktionspfaden. In der Atmosphäre bildet sich aus einzelnen Sauerstoffatomen häufig O2, O3 oder weitere Sauerstoffverbindungen; O-Atome spielen zentrale Rollen in Verbrennung, Oxidationsreaktionen und der Photolyse von O2.

Isotope und Vorkommen: Natürlich vorkommendes Sauerstoff besteht überwiegend aus 16O (~99,76 %). Daneben treten 17O (~0,04 %) und 18O (~0,20 %) auf. 17O besitzt Kernspin 5/2 und ist NMR-aktiv, während 16O und 18O Kernspin 0 haben. Die Isotopenverhältnisse sind in Wissenschaft und Umweltanalytik wichtig, etwa in der Klimaforschung, Geochemie und Biologie.

Anwendung und Bedeutung: Sauerstoffatome sind Schlüsselakteure in der Umweltchemie, Biologie und Technik. Sie treten in vielen Reaktionswegen auf, tragen zur Bildung lebenswichtiger Verbindungen bei und dienen in der Forschung als Marker in Isotopenstudien.