Brontekst bekijken van Zuurstof (element)

{{Zie artikel|Zie [[Dizuurstof]] voor zuurstofgas (O<sub>2</sub>).}}
{{Infobox element
| Naam = Zuurstof / Oxygenium
| Symbool = [[O (letter)|O]]
| Atoomnummer = 8
| Groep = [[Zuurstofgroep]]
| Periode = [[Periode-2-element|Periode 2]]
| Blok = [[P-blok]]
| Reeks = [[Niet-metaal|Niet-metalen]]
| Kleur = [[Kleurloos]]
| Atoommassa = 15,999
| Elektronenconfiguratie = <nowiki>[</nowiki>[[Helium|He]]<nowiki>]</nowiki>2s<sup>2</sup> 2p<sup>4</sup>
| Oxidatietoestanden = −2
| Elektronegativiteit = 3,44
| Atoomstraal = 73
| Ionisatiepotentiaal1 = 1313,95
| Ionisatiepotentiaal2 = 3388,33
| Ionisatiepotentiaal3 = 5300,51
| Dichtheid = 1,429
| Hardheid =
| Smeltpunt = 54,8
| Kookpunt = 90,2
| Aggregatietoestand = [[gas (aggregatietoestand)|Gas]]
| Smeltwarmte = 0,223
| Verdampingswarmte = 3,41
| vdWstraal = 152
| Kristalstructuur = Kub
| Molair volume = 
| Dampdruk =
| Geluidssnelheid = 317
| Specifieke warmte = 920
| Weerstand =
| Warmtegeleiding = 0,0265
}}
'''Zuurstof''' is een [[chemisch element]] met symbool '''O''' (Uit het [[Latijn]]: ''oxygenium'') en [[atoomnummer]] 8. Het is een [[niet-metaal]] dat tot de [[zuurstofgroep]] (groep VIa of groep 16) in het [[periodiek systeem]] behoort. Zuurstof komt als [[enkelvoudige stof]] vooral als [[dizuurstof]] (O<sub>2</sub>) in de atmosfeer voor. In [[Samengestelde stof|samengestelde vorm]] is het eveneens een wijdverspreid element omdat alle water van de oceanen en alle [[Silicaat|silicaten]] 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).<ref>About - Chemistry, [https://web.archive.org/web/20110514065737/http://chemistry.about.com/cs/howthingswork/f/blbodyelements.htm What are the elements in the human body?]</ref>

Als gas is zuurstof kleurloos, geurloos en smaakloos. Als vloeistof is het lichtblauw.<ref>Al Atoms, [http://www.allatoms.com/LOXpage.htm Liquid Oxygen]</ref>

== Allotrope vormen ==
=== Monozuurstof ===
Zuurstof komt in vrije mono-atomaire vorm (het zuurstof-[[radicaal (molecuul)|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 van [[waterstofperoxide]] H<sub>2</sub>O<sub>2</sub> zal het 'losse' O-atoom direct recombineren met andere O-atomen tot O<sub>2</sub>. Zulke losse zuurstofatomen die korte tijd gedurende een reactie een rol spelen worden ook wel "''[[in statu nascendi]]''" genoemd.

=== Dizuurstof ===
Zuurstof als element komt op aarde voornamelijk voor als [[dizuurstof]] (O<sub>2</sub>). Diatomair zuurstof kent twee vormen, een stabiele die [[tripletzuurstof]] genoemd wordt en een aangeslagen toestand die [[singletzuurstof]] 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 daarom [[carotenoïde]] kleurstoffen om dit reactieve molecuul onschadelijk te maken.

=== Trizuurstof ===
[[Ozon (stof)|Ozon]] of trizuurstof (O<sub>3</sub>) komt voor in de atmosfeer (in de ozonlaag) waar het gevormd wordt onder invloed van kosmische straling, maar kan ook op [[zeeniveau]] door [[luchtvervuiling]] gevormd worden.

=== Tetrazuurstof en octazuurstof ===
In de vaste fase kan zuurstof in meerdere fasen voorkomen. In de ε-fase, die enkel bij drukken hoger dan 10 GPa voorkomt en ook ''rode zuurstof'' wordt genoemd, zouden moleculen O<sub>4</sub> en/of O<sub>8</sub> voorkomen.

== Ontdekking ==
Zuurstof werd in 1771 ontdekt door de Zweedse apotheker [[Karl Wilhelm Scheele]]. De herontdekking door [[Joseph Priestley]] maakte het pas in wijdere kring bekend. Men begreep al gauw dat dit gas, hoewel het maar een vijfde deel van de [[lucht]] van onze planeet uitmaakt, verbranding mogelijk maakt, alsmede het ademen van mens en dier (en plant, gedurende de duisternis).

Het was [[Antoine Lavoisier]] die het zijn wetenschappelijke naam ''oxygenium'' (zuurvormer) gaf. Men dacht dat het element een onontbeerlijk bestanddeel was van een [[Zuur (scheikunde)|zuur]].

Vooral het feit dat de [[elektrolyse]] van een groot aantal zuren (met [[waterstofhalogenide]]n als uitzondering) aan de [[kathode]] 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 van [[waterstofchloride]] uit [[Diwaterstof|waterstofgas]] en [[Dichloor|chloorgas]] is hiervan een voorbeeld.

== Toepassingen ==
Zuurstofgas in zuivere vorm wordt veel toegepast in [[lassen|lasapparatuur]] en in de medische wereld, voor de behandeling van mensen met [[Ademhalingsstelsel (mens)|ademhaling]]sproblemen en [[clusterhoofdpijn]]. Ook in de luchtvaart en bij het [[duiksport|duiken]] is het niet meer weg te denken (zie [[nitrox]] en [[trimix]]).

Vloeibaar O<sub>2</sub> vindt toepassing in de ruimtevaart en bij grootverbruikers. Als chemische grondstof is het ook bijzonder belangrijk, bijvoorbeeld voor de gecontroleerde oxidatie van ethyleen naar [[Etheenoxide|ethyleenoxide]] (over een zilverkatalysator). Dit industriële proces levert een belangrijke grondstof voor de polymeerindustrie.

Zuurstofgas is onmisbaar voor vele organismen op aarde. Immers, zonder O<sub>2</sub> zou er nergens op aarde aerobe
[[Dissimilatie (biochemie)|dissimilatie]] 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.

''Fi''O<sub>2</sub> (''fraction of inspired oxygen'') is the [[molfractie]] of [[volumefractie]] van zuurstof in medisch toegediende lucht met extra zuurstof.

== Verschijning ==
[[Bestand:Liquid oxygen in a beaker 2.jpg|thumb|Vloeibare zuurstof in een bekerglas]]
Zuurstof is, naar massa van voorkomen, [[Aardkorst#Samenstelling|het eerste element in de aardkorst]]. Het maakt er ongeveer 46,7% van uit, het meest in de vorm van metaaloxiden, silicaten, [[Carbonaat|carbonaten]] en andere [[zouten]].
Het is het hoofdbestanddeel (gewichtsaandeel 88,8%) van de oceanen, als een van de elementen waaruit water (H<sub>2</sub>O) bestaat. Hetzelfde geldt voor het ijs waaruit de poolkappen bestaan.

Op andere hemellichamen, bijvoorbeeld [[Mars (planeet)|Mars]], bestaat het ijs mogelijk uit [[koolstofdioxide]], dat overigens ook zuurstof bevat. [[Jupiter (planeet)|Jupiters]] maan [[Europa (maan)|Europa]] is geheel bedekt met waterijs en [[Komeet|kometen]] bestaan grotendeels uit waterijs.

Dat zuurstof in vrije vorm in de [[Aardatmosfeer|atmosfeer]] voorkomt, is het gevolg van het leven op aarde, met name van de [[fotosynthese]] 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.

== Industriële productie ==
Er zijn twee belangrijke methoden die worden gebruikt om jaarlijks 100 miljoen ton O<sub>2</sub> te produceren uit de lucht voor industriële toepassingen. De meest voorkomende methode is fractionele destillatie van vloeibare lucht in de verschillende componenten, waarbij N<sub>2</sub> destilleert als een damp, terwijl O<sub>2</sub> achterblijft als vloeistof.

== Isotopen ==
{{Zie hoofdartikel|Isotopen van zuurstof}}
{| class="wikitable" style="font-size:90%;"
! colspan="6" | Stabielste isotopen
|-
! [[Isotoop|Iso]]
! [[Relatieve aanwezigheid|RA]] (%)
! [[Halveringstijd]]
! [[vervalvorm|VV]]
! [[vervalenergie|VE]] (M[[elektronvolt|eV]])
! [[vervalproduct|VP]]
|-
| <sup>14</sup>O
| [[Synthetische radio-isotoop|syn]]
| 70,6062 [[seconde|s]]
| [[Elektronenvangst|β<sup>+</sup>]]
| 5,142
| <sup>14</sup>N
|-
| <sup>15</sup>O
| [[Synthetische radio-isotoop|syn]]
| 122,24 [[seconde|s]]
| [[Elektronenvangst|β<sup>+</sup>]]
| 2,754
| <sup>15</sup>N
|-
| <sup>16</sup>O
| 99,762
| colspan=4 | stabiel met 8 neutronen
|-
| <sup>17</sup>O
| 0,038
| colspan=4 | stabiel met 9 neutronen
|-
| <sup>18</sup>O
| 0,200
| colspan=4 | stabiel met 10 neutronen
|-
| <sup>19</sup>O
| [[Synthetische radio-isotoop|syn]]
| 26,91 [[seconde|s]]
| [[Bètaverval|β<sup>−</sup>]]
| 4,821
| <sup>19</sup>F
|-
| <sup>20</sup>O
| [[Synthetische radio-isotoop|syn]]
| 13,51 [[seconde|s]]
| [[Bètaverval|β<sup>−</sup>]]
| 3,814
| <sup>20</sup>F
|}
Naast het meest voorkomende zuurstofisotoop <sup>16</sup>O komen er nog twee andere stabiele isotopen voor: <sup>17</sup>O en <sup>18</sup>O. Er is tevens een tiental radioactieve isotopen bekend met [[halveringstijd]]en van minder dan drie minuten.

== Toxicologie en veiligheid ==
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.

Ook [[ozon (stof)|ozon]] en [[peroxide]]n 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 is [[smog]].

Onder druk is zuurstof giftig voor de mens. De maximale diepte voor het duiken met zuivere zuurstof is 6 meter (zie [[zuurstofvergiftiging]]).

== Zuurstofchemie ==
Vanwege zijn merkwaardige elektronenstructuur en zijn hoge [[elektronegativiteit]] is elementaire zuurstof een agressieve oxidator, die met vrijwel alle andere elementen stabiele verbindingen vormt. Uitzonderingen zijn enkele van de lichtere [[edelgas]]sen en het metaal [[goud]], waarvan alleen [[metastabiel]]e oxiden bekend zijn. Het op aarde meest voorkomende en belangrijkste oxide is uiteraard [[Watermolecuul|water]].

In [[oxide]]n neemt het element twee elektronen op en vormt de oxidatietoestand -II. Oxoanionen van elementen in hun hoogste [[oxidatietoestand]] zoals [[Nitraat|nitraten]], [[Chromaat|chromaten]], [[Perchloraat|perchloraten]] enz. kunnen zelf ook bijzonder sterke oxidatoren zijn.

Veel oxiden zijn ofwel zuur- ofwel basevormend wanneer zij met water gecombineerd worden, bijvoorbeeld:
:<chem>CaO + H2O -> Ca(OH)2</chem> een base
:<chem>CO2 + H2O -> H2CO3</chem> een [[oxozuur]].
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 ook [[peroxide]]n bekend, zoals [[waterstofperoxide]] H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>. 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.

In [[superoxide]]n heeft zuurstof formeel de oxidatietoestand −1/2.

== Literatuur ==
* Donald Canfield, ''Oxygen: a four billion year history'', Princeton University Press, 2013, {{ISBN|9780691145020}}

== Externe links ==
* {{Link elementinformatie|id=O|label=Zuurstof}}

{{Appendix}}
{{Navigatie zuurstofgroep}}
{{Navigatie elementen}}
{{Commonscat|Oxygen}}
{{Woordenboek|zuurstof}}

[[Categorie:Zuurstof| ]]
[[Categorie:Zuurstofgroep]]
[[Categorie:Elementenlijst]]