Stickstoff – Eigenschaften, Verwendung und Bedeutung
Erfahre alles über Stickstoff, ein entscheidendes Element in der Natur. Von seiner Rolle in biochemischen Verbindungen bis zur industriellen Nutzung – entdecke, warum Stickstoff so vielseitig ist. Dies und vieles mehr findest du im folgenden Text!
Inhaltsverzeichnis zum Thema Stickstoff
Stickstoff im Überblick
Quelle sofatutor.com
Stickstoff – Steckbrief
Stickstoff hat die Ordnungszahl 7, verfügt also insgesamt über sieben Elektronen, davon fünf Valenzelektronen. Stickstoff besitzt drei ungepaarte Elektronen auf der äußeren Schale, kann also mit einem weiteren Stickstoffatom eine Dreifachbindung eingehen, um den Edelgaszustand zu erreichen. Stickstoff liegt in reiner Form also immer als N2 vor. In der Elektronenschreibweise (Lewis-Formel) wird Stickstoff folgendermaßen dargestellt: |N≡N|. Aufgrund der Dreifachbindung ist Stickstoff sehr reaktionsträge.
In der folgenden Tabelle sind die wichtigsten chemisch-physikalischen Eigenschaften von Stickstoff aufgeführt:
| Eigenschaft | Wert |
|---|---|
| Aggregatzustand | gasförmig |
| Farbe | farblos |
| Geruch | geruchlos |
| molare Masse | 14,007 g/mol |
| Dichte | 1,251 g/cm3 |
| Elektronegativität | 3,0 |
| Schmelzpunkt | –210 °C |
| Siedepunkt | –196 °C |
Stickstoffverbindungen
In diesem Abschnitt werden für Stickstoff typische chemische Reaktionen betrachtet. Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über die wichtigsten Stickstoffverbindungen in der Chemie.
| Reaktionspartner | Reaktionsgleichung |
|---|---|
| Wasserstoff (H2) Mit Wasserstoff reagiert Stickstoff zu Ammoniak (NH3). Die Synthese erfolgt bei hohem Druck und hoher Temperatur nach dem Haber-Bosch-Verfahren. |
N2 + 3 H2 → 2 NH3 |
| Sauerstoff (O2) Mit Sauerstoff bildet Stickstoff verschiedene Stickstoffoxide, z. B. Stickstoffmonoxid (NO), das bei hohen Temperaturen aus den beiden Elementen direkt gebildet wird. Eine weitere wichtige Sauerstoffverbindung des Stickstoffs ist die Salpetersäure (HNO3). |
N2 + O2 → 2 NO |
| Metalle Mit Metallen reagiert Stickstoff bei hohen Temperaturen zu Nitriden. |
zum Beispiel mit Magnesium (Mg) 3 Mg + N2 → Mg3N2 |
Stickstoff – Vorkommen
Stickstoff ist mit einem Anteil von 78,1 % der Hauptbestandteil unserer Atmosphäre. Im Boden und in Gewässern kommt Stickstoff in Form von Ammoniumionen (NH4+) und Nitrationen (NO3–) bzw. Nitritionen (NO2–) vor. Molekularer Stickstoff kann von Knöllchenbakterien, die in Symbiose mit Pflanzen (Leguminosen) leben, gebunden werden. Die Pflanzen bauen den Stickstoff in organische Stickstoffverbindungen ein. Dieser organisch gebundene Stickstoff steht Tieren und Menschen über die Nahrung zur Verfügung.
Stickstoff – Herstellung
Stickstoff kann durch fraktionierte Destillation von flüssiger Luft gewonnen werden, wobei kein reiner Stickstoff entsteht. Im Destillat sind auch Sauerstoff und die in der Atmosphäre vorkommenden Edelgase enthalten.
Im Labor kann Stickstoff durch Erwärmen einer gesättigten Lösung von Ammoniumchlorid (NH4Cl) und Natriumnitrit (NaNO2) hergestellt werden:
NH4+ + NO2– → N2 + 2 H2O
Eine weitere Methode, um Stickstoff zu gewinnen, ist die thermische Zersetzung von Natriumazid (NaN3) oder Bariumazid (Ba(N3)2).
Stickstoff – Verwendung
In der Industrie und Chemie gibt es für Stickstoff und dessen Verbindungen zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten:
- als Rohstoff für die Ammoniaksynthese,
- als Düngemittel,
- als Schutzgas, z. B. beim Schweißen,
- in der Kryotechnik; da Stickstoff bei sehr niedrigen Temperaturen flüssig ist, kann flüssiger Stickstoff zum Beispiel als Kühlmittel eingesetzt werden,
- in Sprengstoffen und
- in Form von Distickstoffoxid (N2O; Lachgas) als Narkosemittel in der Medizin.
Häufig gestellte Fragen zum Thema Stickstoff