Der Störfall eines plötzlichen Sauerstoffmangels droht in lebensfeindlichen Umgebungen wie in U-Booten, Taucherglocken, Raumstationen und Bergwerken. Menschen, die sich dort oft aufhalten, werden heute mit Sicherheitsunterweisungen geschult und wissen, was im Notfall zu tun ist. Das gilt im Prinzip auch für Passagiere in Verkehrsflugzeugen. Vor dem Start (Abb. 1) werden sie informiert, was bei einem Sauerstoffmangel nach Druckabfall zu tun wäre. Leider hören die meisten Passagiere nicht hin und halten diesen Störfall für unwahrscheinlich. Das stimmt leider nicht ganz, die Flugmedizinische Gesellschaft Neuseelands hat im Jahr 2000 weltweit 40-50 solcher Störfälle dokumentiert [1].

Lassen wir jetzt den Störfall eintreten: Durch eine Undichtigkeit oder einen anderen technischen Fehler sinkt der Innendruck ab. Automatisch fallen die Sauerstoffmasken aus einer Klappe oberhalb des Sitzplatzes auf uns herunter [2]. (Abb. 2). Im schlimmsten Fall erfolgt ein völliger Druckausgleich mit der Außenatmosphäre und der Kabinendruck sackt auf 220 hPa ab. Das ist für die Passagiere bedrohlich, denn mit jedem Atemzug strömt nur noch 1/5 der benötigten Sauerstoffmenge in die Lunge. Das halten Menschen nicht lange durch, und nach 20-30 Sekunden „useful consciousness“ tritt Bewusstlosigkeit ein (Tabelle 1). Die Passagiere sollten also schnell den vor sich baumelnden „rubber jungle“ greifen, entwirren und im ureigenen Interesse die Sauerstoffmaske aufsetzen. Schaffen sie das, atmen sie soviel Sauerstoff ein wie an der frischen Luft auf Meereshöhe. Damit ist die Gefahr eines Sauerstoffmangels abgewendet!

So beruhigt, verfolgen wir neugierig mit unseren Augen den Schlauch nach oben, um herauszufinden, von wo der Sauerstoff kommt. Ein Blick in die offene Klappe verrät uns, die Sauerstoffquelle ist ein Metallzylinder von der Größe einer Thermosflasche (25 cm lang, Durchmesser 7cm) (Abb. 2 oben und Abb. 3) [3]. Dieser als Chemischer Sauerstoffgenerator (chemical oxygen generator) oder treffender als Sauerstoffkerze (oxygen candle) bezeichnete Metallzylinder enthält im Inneren, und das verschlägt uns jetzt die Sprache, etwa ein Kilogramm Natriumchlorat [4]. Und solch ein Ding befindet sich in jeder Sitzreihe über unseren Köpfen. Bei diesem Gedanken dürften selbst hartgesottene Anorganiker unruhig werden!

Aber Geduld, eine kleine chemische Recherche beruhigt: Reines Natriumchlorat ist thermodynamisch stabil, durchaus friedliebend und keineswegs explosiv. Erst im Kontakt mit Reduktionsmitteln (Kohlenstoff, Schwefel, Phosphor und organischen Stoffen) wird es gewalttätig. Reines Natriumchlorat schmilzt unter Schutzgas bei 263 °C und hält sich unverändert in der Schmelze über mehrere Tage [5]. Bei einem zwischenfallfreien Flug geht also keine Gefahr von der Sauerstoffkerze aus, zumal der geschlossene Edelstahlbehälter das Natriumchlorat vor Reduktionsmitteln perfekt schützt.

Beim Heranziehen der Sauerstoffmasken hatten wir unbemerkt mit einer Schnur den Auslösestift herausgezogen (Abb. 4). Dadurch wird eine gespannte Feder gelöst und ein Schlagbolzen trifft auf eine Zündkapsel mit einer druckempfindlichen Mischung aus Bleistyphnat und Tetrazen (Abb. 5). Die Zündkapsel explodiert und die dabei freiwerdende Reaktionswärme reicht aus, die benachbarte Schicht des Zündpulvers zur Reaktion zu bringen. Dieses Zündpulver besteht aus einer Natriumchlorat/Eisenpulver-Mischung mit hohem Eisenanteil, die sich in einer stark exothermen Reaktion auf Temperaturen von über 600°C aufheizt.

NaClO₃ + Fe → NaCl + FeO + O₂ + Wärme    (1)

Diese chemische Heizung [6] startet die eigentliche Sauerstoffproduktion im Chloratkern. Natriumchlorat schmilzt und folgende Reaktionen laufen ab [7]:

2 NaClO₃ → 2 NaCl + 3 O₂                      (2)

4 NaClO₃ → 3 NaClO₄ + NaCl                 (3)

In einer Folgereaktion zerfällt das gebildete Natriumperchlorat unter Sauerstoffabgabe:

3 NaClO₄ → 3 NaCl + 6 O₂                      (4)

Obwohl der vielstufige Zersetzungsprozess mit den Reaktionsgleichungen (2) bis (4) in geschmolzenem Natriumchlorat im Detail ungeklärt ist, ergibt sich am Ende eine scheinbar einfache Bruttogesamtreaktion:

2 NaClO₃ → 2 NaCl + 3O₂    + Wärme   (5)