Lexikon: Stickstoff

 

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Eigenschaften
- Stickstoff -
P  
 
 
He2s22p3
14
7
N
Allgemein
Name, Liste der chemischen Elemente nach Symbol|Symbol, Liste der chemischen Elemente nach der Ordnungszahl|Ordnungszahl Stickstoff, N, 7
Serie
Gruppe, Periode des Periodensystems|Periode, Block des Periodensystems|Block 15 (VA), Periode-2-Element|2, p-Block|p
Aussehen farblos
Massenanteil an der Erdhülle 0,03 %
Atomar
u
(berechnet) pm
Kovalenter Radius 75 pm
van der Waals-Radius 155 pm
[[Helium|He]2s22p3
en pro 2, 5
1. kJ/mol
2. Ionisierungsenergie 2856 kJ/mol
3. Ionisierungsenergie 4578,1 kJ/mol
4. Ionisierungsenergie 7475,0 kJ/mol
5. Ionisierungsenergie 9444,9 kJ/mol
6. Ionisierungsenergie 53266,6 kJ/mol
7. Ionisierungsenergie 64360 kJ/mol
Physikalisch
gasförmig
Modifikationen 1
hexagonal
Dichte () kg/m3 (bei 273 Kelvin|K) (-)
-
K (-210,01 °Celsius|C)
77,35 K (-195,80 °C)
Molares Volumen m3/mol
2,7928 kJ/mol
0,3604 kJ/mol
-
m/s bei 298,15 K
Spezifische Wärmekapazität J/(kg · K)
Elektrische Leitfähigkeit -
W/(m · K)
Chemisch
Oxidationszustände -3, 2, 3, 4, 5
und (Basizität) sauer)
Normalpotential -
3,04 ()
Isotope
NH t1/2 ZM ZE mega|MElektronenvolt|eV ZP
13N {syn.} 9,965 m ε 2,220 13C
14N 99,634 % N ist Stabiles Isotop|stabil mit 7 en
15N 0,366 % N ist stabil mit 8 Neutronen
16N {syn.} 7,13 s β- 10,419 16O
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheitensystem|SI-Einheiten verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt,
gelten die angegebenen Daten bei Normbedingungen.

Der Name Stickstoff bezeichnet das chemisches Element|chemische Element aus dem Periodensystem der Elemente mit dem Symbol N und der 7. Man spricht auch von atomarem Stickstoff. Elementar tritt Stickstoff jedoch nur in Form eines kovalenten Homodimers, einer Chemische Verbindung|chemischen Verbindung aus zwei Stickstoff-en, auf (→ molekularer Stickstoff, auch Distickstoff (vgl. Disauerstoff), N2).

Molekularer Stickstoff ist ein Hauptbestandteil der . Er ist in der Umwelt ein wichtiger Dünger, der durch Luftstickstoffbindung (vor allem durch Knöllchenbakterien in Wurzel (Pflanze)|Wurzeln von Hülsenfrüchtler|Leguminosen) auf natürlichem Wege im angereichert wird. In atomarer Form ist er als Baustein der e ein wichtiges Hauptnährelement aller Organismus|Organismen. Stickstoff ist ein zentrales Element im Stoffhaushalt der e (siehe ) und wurde, da es in Mineralien relativ selten auftritt, auf der und im fast ausschließlich Biotische Umweltfaktoren|biotisch angereichert.

Das Elementsymbol N leitet sich von der Latein|lateinischen Bezeichnung nitrogenium (von griechische Sprache|altgriech. νιτρον = Laugensalz und altgriech. γενος = Herkunft) ab. Die deutsche Bezeichnung Stickstoff erinnert daran, dass molekularer Stickstoff n löscht ("erstickt").

Geschichte

e und salze wurden schon von Alchemisten verwendet. Carl Wilhelm Scheele wies 1771 Stickstoff als Bestandteil der Luft nach. Erstmals im Jahr 1774 wurde Ammoniak von dargestellt. Durch die Einführung des Frank-Caro-Verfahrens (Kalkstickstofferzeugung nach Adolf Frank und Heinrich Caro) wurde der Luftstickstoff erstmals Anfang des 20. Jahrhundert|20. Jh. nutzbar gemacht. Ebenfalls Anfang des 20. Jahrhunderts wurden weitere wichtige Verfahren großtechnisch verfügbar. Zu diesen Verfahren zählen unter anderem die Gewinnung von (Birkeland-Eyde-Verfahren, nach Kristian Birkeland und Sam Eyde), die katalytische Ostwaldverfahren |Ammoniakverbrennung nach Wilhelm Ostwald sowie die Haber-Bosch-Verfahren|Ammoniaksynthese nach Fritz Haber und Carl Bosch. 1906 gelang es dem niederländischen Heike Kamerlingh Onnes erstmals flüssigen Stickstoff mit -195,80 °C herzustellen.

Vorkommen

In der sind 75,5 Massen-Prozent oder 78,7 Volumen-Prozent Stickstoff enthalten. In der Erdkruste kommt Stickstoff nur zu 0,03 % vor. Stickstoffhaltige Mineralien sind relativ selten.

In der Natur gibt es zahlreiche wichtige Organische Chemie|organische Stickstoffverbindungen, wie beispielsweise Protein|Eiweiße und n. In Form der Anorganische Chemie|anorganischen Nitrate und Ammoniak|Ammoniumverbindungen erfolgt die Aufnahme bei Pflanzen über die Wurzeln. Umgekehrt werden beim Abbau organischen Materials (beispielsweise durch Verwesung) diese Verbindungen wieder frei gesetzt und stehen dem Stoffkreislauf wieder zur Verfügung ().

Gewinnung/Darstellung

Primär wird Stickstoff heute durch die fraktionierte Destillation verflüssigter Luft gewonnen. Dieser ist aber meistens noch durch und verunreinigt. Für das Entfernen des verbliebenen Sauerstoffs gibt es eine biologische Methode unter Verwendung von -en.

Großtechnisch erfolgt die Herstellung von Stickstoff im Rahmen des s zur -Synthese (Chemie)|Synthese.

Eine andere Möglichkeit ist das Binden des Luftsauerstoffs unter Erhitzen an und das anschließende Auswaschen des entstandenen s. Der Luftsauerstoff kann auch durch das Überleiten der Luft über glühendes oder durch eine alkalische Pyrogallol- bzw. -Lösung entfernt werden.

Im Labor kann reiner Stickstoff durch Erhitzen auf einer wässrigen Ammoniumnitrit-Lösung oder einer Lösung des Gemisches / etwa 70 Grad Celsius|°C dargestellt werden:

\mathrm{NH_4NO_2 + \Delta}T\mathrm{\rightarrow 2H_2O + N_2}

Alternativ ist eine von Natriumazid möglich, die zur Darstellung von spektroskopisch reinem Stickstoff verwendet wird.

\mathrm{2NaN_3 + \Delta}T\mathrm{\rightarrow 2Na + 3N_2}

Eigenschaften

Molekularer Stickstoff ist ein farb-, geruch- und geschmackloses Gas, welches bei tiefen Temperaturen zu einer farblosen Flüssigkeit kondensiert. Stickstoff ist in Wasser wenig löslich (2,33 ml Stickstoff in 100 ml Wasser bei 0 °C).

Stickstoff geht in seinen Chemische Verbindung|Verbindungen vorzugsweise kovalente Bindungen ein. In der 2s2p3 führt die Bildung von drei Kovalenzen zur kompletierung. Verbindungen, in denen dieser Bindungstypus vorkommt, sind beispielsweise:

  • Amine
  • Hydroxylamin

Diesen Verbindungen ist allen eine trigonale pyramidale Struktur und ein freies Elektronenpaar zu eigen. Über dieses freie Elektronenpaar können diese Verbindungen als e und als n agieren.

Der in der Natur vorkommende molekulare Distickstoff N2 ist durch die im Stickstoffmolekül vorhandene stabile Dreifachbindung und die damit verbundene hohe Bindungsdissoziationsenergie von 942 kJ/mol sehr reaktionsträge. Entsprechend hoch ist die erforderlichen , die gegebenenfalls durch geeignete en verringert werden kann.

In einer Veröffentlichung im August 2004 gaben Forscher vom Max-Planck-Institut für Chemie in bekannt, dass sie unter Drücken von über 110 Giga|GPascal (Einheit)|Pa bei einer Temperatur von über 2000 Kelvin|K eine neue kristalline Form, sogenannten Polymerer Stickstoff|polymeren Stickstoff mit Einfachbindungen erzeugt haben .

Isotope

Neben den beiden natürlichen n 14N und 15N gibt es künstliche Isotope mit en von 12 bis 19. Deren beträgt zwischen 9,97 n und 11 n.

Verbindungen

Verbindungen, in denen Stickstoff vorkommt:

  • Stickstofftetroxyd
  • Aminosäuren
  • e
  • e
  • Jodstickstoff
  • Farbstoffe
  • e, Nitrite, Nitride

Verwendung

Technisch wird Stickstoff zur Synthese von Ammoniak und Kalkstickstoff sowie als Schutzgas beim , als Lampenfüllung und bei chemischen Reaktionen verwendet. Darüber hinaus finden Stickstoffverbindungen mannigfaltige Anwendungen im Bereich der organischen Chemie und dienen als Düngemittel.

Stickstoff wird auch als Reifengas in Autoreifen gefüllt. Aufgrund der größeren Moleküle Diffusion|diffundiert Stickstoff weniger durch die Reifenhülle, als es die anderen vom Volumen her relevanten Bestandteile der Luft tun. Deshalb hält ein Reifen seinen Druck besser mit einer Stickstofffüllung. Ferner ist der Druck von Stickstoff weniger temperaturabhängig als der des üblichen Luftgemisches, was den Reifendruck unempfindlicher für Klimaschwankungen macht.

Aufgrund der geringen Siedepunkt|Siedetemperatur wird flüssiger Stickstoff als Kryoflüssigkeit|Kältemedium in der Kryotechnik eingesetzt. Der Stickstoff entzieht dabei dem Kühlgut die nötige . Vorteilhaft gegenüber der Verwendung von flüssigem Sauerstoff bei ähnlichem Siedepunkt sind die Inerte Substanz|inerten Eigenschaften des Stickstoffs. Flüssiger Stickstoff wird zur Kühlung von Supraleitung|Hochtemperatursupraleitern sowie zur Lagerung biologischer und medizinischer Proben verwendet.

Nachweis

Stickstoff, der in organisch gebundener Form vorliegt, kann qualitativ mittels Lassaignesche Probe und quantitativ mittels der Kjeldahlsche Stickstoffbestimmung oder Elementaranalyse erfasst werden.

Kategorie:Chemisches Element Kategorie:Gruppe-15-Element Kategorie:Periode-2-Element Kategorie:Umweltschutz Kategorie:Genetik Kategorie:Löschmittel

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