Stickstoff

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    (lateinisch: Nitrogenium, "Salpeterbildner") auch: nitrogen (englischer Name);

    chemisches Element (Zeichen N) der zweiten Periode und der fünften Hauptgruppe des Periodensystems, mit der Ordnungszahl 7.

    Isotope

    Stickstoff hat zwei stabile Isotope: N-14 mit einem Anteil von 99,6 Prozent und N-15 0,4 Prozent und sechs künstliche, instabile Isotope. Darüber hinaus gibt es sechs bekannte Radionuklide, von denen N-13 mit knapp zehn Minuten die längste Halbwertszeit hat. Am schnellsten zerfällt N-12 mit nur elf Millisekunden Halbwertszeit.

    Eigenschaften

    Stickstoff ist ein farb-, geruch- und geschmackloses Gas, das bei -196 °C flüssig wird und bei -210 °C erstarrt. Unter Normalbedingungen tritt es als zweiatomiges Gas in Erscheinung, das sehr reaktionsträge und nicht brennbar ist. Distickstoff ist über eine sehr stabile Dreifachbindung verbunden. Zur Spaltung dieses Moleküls müssen 941 Kilojoule pro Mol aufgewendet werden. Bei 20 °C lösen sich in einem Liter Wasser 0,016 Liter Stickstoffgas, wobei die Wasserlöslichkeit im Gegensatz zu Sauerstoff nur halb so groß ist wie die von Sauerstoff. Nach Fluor und Sauerstoff ist es das elektronegativste Element. Auf Grund seiner Elektronenkonfiguration kann es alle Oxidationsstufen zwischen +5 und -3 einnehmen. Von der Vielzahl der bekannten Stickstoffverbindungen seien an dieser Stelle nur die folgenden genannt: Ammoniak, Stickoxide, Salpetersäure und salpetrige Säure. Wichtige stickstoffhaltige Stoffgruppen sind Amide, Cyanide und Nitride.

    Vorkommen und Bedeutung

    Stickstoff gilt als das wichtigste Element der fünften Hauptgruppe. Sein Anteil an der Erdatmosphäre beträgt nach Gewichtsprozent 75,5 Prozent bzw. 78,1 Prozent nach Volumenprozent. In der Erdkruste hat es eine ähnliche Häufigkeit wie Lithium, Kobalt oder Yttrium. Große mineralische Stickstoffvorkommen findet man in Form von Chilesalpeter (NaNO3) und Kalisalpeter (KNO3). Da Stickstoff in Proteinen und Nukleinsäure aller biologischen Organismen enthalten ist, ist der globale Stickstoffkreislauf von zentraler ökologischer Bedeutung.

    Verwendung

    Jährlich werden weltweit ca. 44 Millionen Tonnen Stickstoff gewonnen. Reines Stickstoffgas wird als Schutzgas zum Schweißen und zum Transport feuergefährlicher Stoffe eingesetzt. Der ganz überwiegende Teil wird aber für die chemische Synthese von Stickstoffverbindungen im großtechnischen Maßstab und zur Herstellung von Stickstoffdünger verwendet. Er wird technisch durch die Fraktionierung flüssiger Luft hergestellt.

    Biologische Bedeutung

    Stickstoff ist essenziell für alle Pflanzen und Tiere. Es ist ein Bestandteil von Proteinen, Nukleinsäure und Enzymen. Nur einige Bakterienarten können Luftstickstoff fixieren und in Eiweißstoffe überführen, die sie dann assimilieren. Pflanzen entnehmen aus ihrem Substrat anorganischen Stickstoff in Form von Ammoniumverbindungen und Nitraten auf. Alle tierischen Organismen gewinnen es aus der Nahrung. Im Körper eines Erwachsenen mit einem Durchschnittsgewicht von 70 Kilogramm sind knapp zwei Kilogramm Stickstoff enthalten. Die Tagesdosis für den Menschen ist nicht bekannt. Viele stickstoffhaltige organische Verbindung haben ökotoxikologische Bedeutung.

    Geschichte

    Stickstoff wurde 1772 entdeckt: Obwohl dem Engländer Henry Cavendish zuerst der Nachweis gelang, wird die Entdeckung heute dem Schotten Daniel Rutherford zugeschrieben, da er seine Ergebnisse als Erster publizierte. Im Gegensatz zu ihm hatte Canvendish nur seinem Kollegen Joseph Priestley brieflich Mitteilung gemacht. Cavendish gelang der Nachweis durch Fraktionierung von Luft. Nachdem er Sauerstoff und Kohlenstoff abgetrennt hatte, behielt er ein Gas zurück, das er "mephistische Luft" nannte. Auf ähnliche Weise konnte auch Rutherford das Gas nachweisen: Unter einer Glasglocke hielt er mehrere Tage Mäuse. Mit Kalilauge nahm er Gase auf und behielt ebenfalls Stickstoff zurück. Auch der Schwede Carl W. Scheele, der Entdecker vom Sauerstoff, konnte den Nachweis von Stickstoff bestätigen. Der von Antoine Laurent de Lavoisier vorgeschlagene Name "Azote" - nach dem griechischem azotikos = ohne Leben - konnte sich allerdings nicht durchsetzen. In Jahre 1877 gelang die erste Verflüssigung von Stickstoff. Mit Entwicklung eines Verfahrens zur Herstellung von Ammoniak aus atmosphärischem Stickstoff durch die Deutschen Fritz Haber und Carl Bosch wurde 1913 der Weg zur Produktion synthetischer Düngemittel geebnet. Gleichzeitig konnte man nun aber auf natürlichen Salpeter zur Sprengstoffherstellung verzichten, denn das Haber-Bosch-Verfahren ließ sich auch für die Massenproduktion von Explosivstoffen benutzen.



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