Ohne Sauerstoff könnten wir nicht leben. Sauerstoff ist das Element aus dem Periodensystem, welches auf der Erde am häufigsten vorkommt. Fast die Hälfte unserer Erdhülle besteht aus Verbindungen mit Sauerstoff. Es ist zum Beispiel als \(\ce{O2}\) zu 21 % in unserer Luft, die wir atmen, enthalten. Bestimmt hast du auch schon mal gehört, dass ohne Wasser auch kein Leben möglich wäre. Sauerstoff bildet in Verbindung mit Wasserstoff das Wasser als \(\ce{H2O}\).
Sauerstoff ist das erste Element der 6. Hauptgruppe im Periodensystem. Die Elemente dieser Gruppe werden Chalkogene genannt, was auch Erzbildner heißt. Wegen des Sauerstoffs heißt diese Gruppe auch Sauerstoffgruppe. Außer Sauerstoff gehören noch Schwefel, Selen, Tellur und Polonium zu dieser Gruppe.
Hast du schon mal von gelben Vulkanlandschaften (Abb. 2) gehört? Es gibt auf der Erde spektakuläre gelbe Landschaften (z. B. Dallol in Afrika), die aus Schwefel bestehen. Falls es dort aber mal nach faulen Eiern riechen sollte, ist es nicht der reine, elementare Schwefel. Es handelt sich dann um eine Verbindung aus Schwefel und Wasserstoff, das Schwefelwasserstoffgas \(\ce{H2S}\). Dieses Gas ist giftig.
Zu Polonium gibt es ebenfalls eine interessante Geschichte. Marie Curie (Abb. 3), die wohl bekannteste Wissenschaftlerin, hat das Polonium entdeckt. Das Polonium wurde so benannt, weil Marie Curie aus Polen stammte und ihre Leben dann später in Frankreich verbracht hat. Für diese Entdeckung hat sie einen Nobelpreis bekommen. Das Polonium selbst ist radioaktiv.
Entdecke in diesem Artikel noch weitere interessante Fakten zu den Elementen der 6. Hauptgruppe und ihren Eigenschaften.
Eigenschaften
Die Elemente der 6. Hauptgruppe unterscheiden sich stark in ihren chemischen und physikalischen Eigenschaften. Mit der steigenden Ordnungszahl (im Periodensystem von oben nach unten) nimmt der metallische Charakter zu:
- Sauerstoff und Schwefel sind Nichtmetalle.
- Selen und Tellur sind Halbmetalle.
- Polonium ist ein Metall und radioaktiv.
Alle Elemente der 6. Hauptgruppe besitzen sechs Außenelektronen, wenn du dir ihre Atommodelle anschaust. Das bedeutet, dass sie, um die Edelgaskonfiguration zu erreichen, zwei Elektronen aufnehmen müssen. Bei der Edelgaskonfiguration haben die Atome dann acht Außenelektronen. Schwefel, Selen und Tellur können allerdings bis zu sechs Atombindungen eingehen, sodass für sie diese Regel nicht so streng gilt.
Vorkommen
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Sauerstoff und Schwefel kommen in der Umwelt auch elementar vor, wie du in der Einführung erfahren hast. Ansonsten kommen die Chalkogene in der Natur meist in Verbindungen mit anderen Elementen in Erzen und Mineralien vor. Zudem kommen auch häufig Oxide oder Sulfide vor. Oxide sind Verbindungen mit Sauerstoff. Sulfide sind Verbindungen mit Schwefel. Zum Beispiel gibt es Kohlenstoffdioxid, welches ein häufig vorkommendes Oxid ist. Es entsteht bei der Verbrennung von fossilen Brennstoffen und ist z. B. in Autoabgasen, aber auch in der Luft, die wir ausatmen, enthalten. Je mehr es davon auf unserer Erde gibt, desto mehr wird der Klimawandel zum Beispiel voranschreiten.
Insgesamt kommt von den Chalkogenen der Sauerstoff am häufigsten auf der Erde vor. Der Anteil an der Erdhülle beträgt sogar 50,5 %. Im Vergleich dazu kommt Schwefel nur zu 0,048% in der Erdhülle vor. Mineralien von Selen und Tellur sind noch seltener.
Sauerstoff
- Sauerstoff kommt als farbloses und geruchloses Gas vor. Das Gas besteht aus Molekülen, bei denen jeweils zwei Sauerstoffatome miteinander als \(\ce{O2}\) verbunden sind.
- Ozon besteht aus Molekülen, bei denen jeweils drei Sauerstoffatome miteinander als \(\ce{O3}\) verbunden sind. Ozon kommt beispielsweise in unserer Stratosphäre vor und filtert die UV-Strahlung der Sonne. Es ist wichtig für das Leben auf der Erde.
Schwefel
- Schwefel ist ein gelber Feststoff (Abb. 4).
- Bei unterschiedlichen Temperaturen bilden die Moleküle des Schwefels unterschiedliche Anordnungen, z. B. Ketten oder Ringe. Deshalb sieht der Schwefel dann unterschiedlich aus und hat unterschiedliche Eigenschaften. Die unterschiedlichen Zustandsformen werden Modifikationen genannt.
Selen
- Selen (Abb. 5) kommt ebenfalls in unterschiedlichen Modifikationen vor. Bei Raumtemperatur gibt es das schwarze und rote Selen. Das schwarze Selen ist ein spröder, glänzender Feststoff. Beim Erhitzen entsteht das graue Selen. Dieses ist die stabilste Modifikation.
Tellur
- Von Tellur kommen zwei Modifikationen vor. Das silberweiße, metallische Tellur (Abb. 6) ist spröde und ein Halbleiter. Das braune Tellur wandelt sich schon bei Raumtemperatur in das silberweiße Tellur um.
Polonium
- Polonium ist ein radioaktives Metall und kommt in mehreren Zerfallsreihen vor.
Verwendung
Sauerstoff
Sowohl unser menschlicher Körper als auch die Tiere benötigen Sauerstoff, um kohlenstoffhaltige Stoffe, z.B. aus der Nahrung, zu oxidieren. Zudem wird in Krankenhäusern teilweise reiner Sauerstoff zum Beatmen von Menschen verwendet, wenn besondere Probleme vorliegen. Sauerstoff wird ebenfalls zum Schweißen und bei allen Verbrennungsvorgängen, z.B. in Motoren und Heizanlagen, benötigt.
Schwefel
Schwefel wird zur Herstellung von Schwefelsäure, bei der Bearbeitung von Kautschuk, zur Herstellung von Zündhölzern sowie in Feuerwerkskörpern und Schießpulvern verwendet.
Selen
Selen wird in Belichtungsmessern in Kameras und Kopierern eingesetzt. Du kannst Selen auch als Nahrungsergänzungsmittel kaufen. Es hat nämlich wichtige Funktionen in unserem Immunsystem, der Schilddrüse und Proteinen.
Tellur
Tellur wird bei Legierungen verwendet.
Polonium
Polonium wird in der Strahlenchemie und in Satelliten als Wärmequelle genutzt.
Reaktionen
Bist du schon mal an einem Abwasserkanal vorbeigegangen oder hast die Kläranlage besucht? Wenn es nach faulen Eiern gerochen hat, lag wahrscheinlich Schwefelwasserstoff in der Luft (\(\ce{H2S}\)). Damit dieses Produkt entstehen kann, reagieren Schwefel und Wasserstoff miteinander. Schwefelwasserstoff ist ein Gas, welches nicht nur unangenehm riecht, sondern auch giftig ist. Die anderen Chalkogene reagieren ebenfalls mit Wasserstoff zu Chalkogenwasserstoffen.
Interessant ist auch, dass sie auch untereinander Verbindungen eingehen können, obwohl sie alle 6 Bindungselektronen besitzen. Schwefel und Sauerstoff reagieren zu Schwefeloxiden. Selen und Schwefel reagieren zu Selensulfiden.