Stickstoff (Z=7): das häufig vorkommende und träge Element der Atmosphäre
Die wesentliche Rolle von Stickstoff
L'Stickstoff(Symbol N, Ordnungszahl 7) ist ein chemisches Element, das in der Erdatmosphäre häufig vorkommt und für das Leben auf der Erde von grundlegender Bedeutung ist. Obwohl es in seiner molekularen Form (N₂) inert ist, ist es für viele biologische und industrielle Prozesse essentiell.
Beitrag von Stickstoff zu lebenswichtigen Prozessen
Organismen verbrauchen kein atmosphärisches N₂ (extrem stabile Form). Nur bestimmte stickstofffixierende Bakterien (Diazotrophe) wandeln es in biologisch verwertbares NH₃ um. Folge eines Mangels: Fortschreitende Verschlechterung der biologischen Funktionen (Mangel an Proteinen, DNA usw.), jedoch nicht der sofortige Tod wie bei Sauerstoff.
Geschichte der Entdeckung
1772: Erste Isolierung durch Daniel Rutherford Stickstoffgas wurde erstmals von Daniel Rutherford, einem schottischen Wissenschaftler, isoliert, der es „brennbare Luft“ nannte, weil es die Verbrennung nicht unterstützen kann.
1790: Anerkennung seines trägen Charakters Der britische Wissenschaftler Henry Cavendish trug ebenfalls zur Charakterisierung von Stickstoff bei, indem er seine Rolle bei der Atmung und seine Nichtreaktivität mit Sauerstoff untersuchte.
Atombau
Verfassung:Das Stickstoffatom hat 7 Protonen, 7 Neutronen und 7 Elektronen, seine elektronische Konfiguration ist 1s² 2s² 2p³. Isotope:
Stickstoff-14 (¹⁴N): stabiles Isotop, das 99,63 % des natürlichen Stickstoffs ausmacht.
Stickstoff-15 (¹⁵N): stabiles Isotop, das in der wissenschaftlichen Forschung, insbesondere in der Biologie und Geochemie, verwendet wird.
Physikalische Eigenschaften
Zweiatomiges Gas (N₂), farblos, geruchlos, geschmacklos.
Molmasse: ≈ 28.014 g/mol
Schmelzpunkt: 63,15 K (−210,00 °C)
Siedepunkt: 77,36 K (−195,79 °C)
Dichte: ~1,2506 g/L (bei 0°C und 1 atm)
Bei Raumtemperatur inert, interagiert nicht leicht mit anderen Gasen oder Elementen.
Chemische Reaktivität
Inertgas (sehr geringe Reaktivität) in molekularer Form N₂.
Reagiert unter extremen Bedingungen (hohe Temperatur, Druck) mit Wasserstoff zu Ammoniak (NH₃) über den Haber-Bosch-Prozess.
Bildet Stickoxide (NO, NO₂) durch Reaktion mit Sauerstoff in der Atmosphäre.
Beteiligt an der biologischen Stickstofffixierung, die für die Proteinproduktion in Pflanzen unerlässlich ist.
Industrielle und technologische Anwendungen
Synthese von Ammoniak (NH₃) zur Herstellung von Düngemitteln (Haber-Bosch-Verfahren).
Herstellung von Nitraten zur Verwendung in Sprengstoffen und chemischen Materialien.
Aufgrund seiner Trägheitseigenschaften wird es in elektronischen Schaltkreisen und in der Kryotechnik eingesetzt.
Flüssiger Stickstoff wird als Kältemittel in verschiedenen kryogenen Anwendungen verwendet.
Schlüsselrolle bei der Halbleiterherstellung und der Produktion von Treibhausgasen (NOx).
Biologische und ökologische Rolle
Stickstofffixierung: natürlicher Prozess, der es Pflanzen ermöglicht, mithilfe symbiotischer Bakterien Stickstoff aus der Luft in Form von Nitraten aufzunehmen.
Der Stickstoffkreislauf: biogeochemischer Prozess, der für Pflanzenwachstum und Proteinproduktion unerlässlich ist.
Vorkommen in DNA und Aminosäuren, Grundelementen lebender Organismen.
Verwendung von Stickstoff zur Synthese von Hydrazin, das in einigen Medikamenten und Chemikalien verwendet wird.
Umwelt- und Industriethemen
Luftverschmutzungsprobleme durch Stickoxide (NOx), die hauptsächlich für die Bildung von troposphärischem Ozon verantwortlich sind.
Beitrag zum Treibhauseffekt und saurem Regen durch Stickstoffdioxid (NO₂)-Emissionen.
Übermäßiger Einsatz von Stickstoffdüngern in der Landwirtschaft führt zu Boden- und Wasserverschmutzung.
