Stickstoff

  • Symbol: NOrdung
  • Ordnungszahl: 7

V. Hauptgruppe (Stickstoffgruppe)

Namensbedeutung

nitrogenium (grch.-lat.): Salpeterbildner (engl.: nitrogen)

Entdeckung

Stickstoff wurde im Jahre 1772 gleich zweimal entdeckt: Obwohl eigentlich dem EnglĂ€nder Henry Cavendish zuerst der Nachweis gelang, wird die Entdeckung heute dem Schotten Daniel Rutherford zugeschrieben, da er seine Ergebnisse als erster allgemein zugĂ€nglich publizierte. Im Gegensatz zu ihm hatte Canvendish nur seinem Kollegen Priestley brieflich Mitteilung gemacht. Cavendish gelang die Nachweis durch Fraktionierung von Luft. Nachdem er Sauerstoff und Kohlenstoff abgetrennt hatte, behielt er ein Gas zurĂŒck, das mephistische Luft nannte. Auf Ă€hnliche Weise konnte auch Rutherford das Gas nachweisen: Unter einer Glasglocke hielt er mehrere Tage MĂ€use. Mit Kalilauge nahm er Gase auf und behielt ebenfalls Stickstoff zurĂŒck. Auch der Schwede Carl W. Scheele, der Entdecker von Sauerstoff, konnte den Nachweis von Stickstoff bestĂ€tigen. Der von Lavoisier vorgeschlagene Name Azote − nach dem griechischem azotikos = ohne Leben − konnte sich allerdings nicht durchsetzen. In Jahre 1877 gelang die erste VerflĂŒssigung von Stickstoff. Mit Entwicklung eines Verfahrens zur Herstellung von Ammoniak aus atmosphĂ€rischen Stickstoff durch die Deutschen Haber und Bosch wurde 1913 der Weg zur Produktion synthetischer DĂŒngemittel geebnet. Gleichzeitig konnte man nun aber auf natĂŒrlichen Salpeter zur Sprengstoffherstellung verzichten, denn das Haber-Bosch-Verfahren ließ sich auch fĂŒr die Massenproduktion von Explosivstoffen benutzen!

Bedetung & Vorkommen

HĂ€ufigkeiten in % in ppm
Weltall 0,097 970
Sonne 0,087 870
Erdkruste 0,0020 20
Meer 0,0001 0,5
Mensch 2,99 30000

Stickstoff gehört zusammen mit Phosphor, Arsen, Antimon und Bismut zur V. Hauptgruppe. Es ist nicht nur das wichtigste Element seiner Gruppe, sondern es hat auch den grĂ¶ĂŸten Anteil an der ErdatmosphĂ€re: Er betrĂ€gt nach Gewichtsprozent 75,5% bzw. 78,1% nach Volumenprozent. In der Erdkruste hat es eine Ă€hnliche HĂ€ufigkeit wie Lithium, Cobalt oder Yttrium. Große mineralische Stickstoffvorkommen findet man in Form von Chilesalpeter (NaNO3) und Kalisalpeter (KNO3).

Da Stickstoff in Proteinen und NukleinsÀure aller biologischen Organismen enthalten ist, ist der globale Stickstoffkreislauf von zentraler ökologischer Bedeutung.

Eigenschaften

Stickstoff ist ein farb-, geruch- und geschmackloses Gas, das erst bei -196°C flĂŒssig wird und bei -210°C erstarrt. Unter Normalbedingungen tritt es als zweiatomiges Gas in Erscheinung, das sehr reaktionstrĂ€ge und nicht brennbar ist. Distickstoff ist ĂŒber eine sehr stabile Dreifachbindung verbunden. Zur Spaltung dieses MolekĂŒls mĂŒssen immerhin 941 Kilojoule pro Mol aufgewendet werden. Bei 20°C lösen sich in einem Liter Wasser 0,016 l 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. Aufgrund seiner Elektronenkonfiguration kann es alle Oxidationsstufen zwischen +5 und -3 einnehmen. BestÀndig sind +5, +3 und -3.

Von der Vielzahl der bekannten Stickstoff-Verbindungen seien an dieser Stelle nur die folgenden genannt: Ammoniak, Stickoxide, SalpetersÀure und salpetrige SÀure. Wichtige stickstoffhaltige Stoffgruppen sind Amide, Cyanide und Nitride.

Biologische Bedeutung

Stickstoff ist essentiell fĂŒr alle Pflanzen und Tiere. Es ist ein Bestandteil von Proteinen, NucleinsĂ€ure und Enzymen. Nur einige Bakterienarten können Luftstickstoff fixieren. 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 kg sind knapp 2 kg Stickstoff enthalten. Die Tagesdosis fĂŒr den Menschen ist nicht bekannt. Viele stickstoffhaltige organische Verbindung haben ökotoxikologische Bedeutung.

Isotope

Stickstoff hat zwei stabile Isotope: N-14 mit einem Anteil von 99,6% und N-15 0,4%. DarĂŒber hinaus gibt es sechs bekannte Radionuklide, von denen N-13 mit knapp 10 Minuten die lĂ€ngste Halbwertszeit hat. Am schnellsten zerfĂ€llt N-12 mit nur 11 Millisekunden Halbwertszeit.

Verwendung

JĂ€hrlich werden weltweit ca. 44 Millionen Tonnen Stickstoff gewonnen. Das Gas kommt in grĂŒnen Stahlflaschen in den Handel. Reines Stickstoffgas wird als Schutzgas zum Schweißen und zum Transport feuergefĂ€hrlicher Stoffe eingesetzt. Der ganz ĂŒberwiegende Teil wird aber fĂŒr die chemische Synthese von Stickstoffverbindungen im großtechnischen Maßstab und zur Herstellung von StickstoffdĂŒnger verwendet.

Elementdaten

 

  • Stickstoff (OZ: 7)
  • V. Hauptgruppe
  • Stickstoffgruppe

Normalzustand

  • Gas, farb- und geruchlos
  • CAS-Nummer: 7727-37-9
  • Kernladungszahl: 7
  • rel. Atommasse: 14,00674
  • Kernladung: 3,90

Radien

  • Atomradius: 71,0 pm
  • Ionenradius: 171 (-3) pm
  • Kovalenzradius: 70 pm
  • Konfiguration: [He] 2sÂČ 2pÂł
  • Oxidationszahlen: 5, 4, 3, 2, -3
  • Ionisierungseng.: 14,534
  • Dichte: 1,17 g/L

ElektronegativitÀt

  • Pauling: 3,04
  • Allred & Rochow: 3,1
  • Pearson: 7,30 eV

Temperatur

  • Schmelzpunkt: 63.29 K (-209,9 °C)
  • Siedepunkt: 77.4 K (-195,8 °C)

NatĂŒrliche Isotope

  • N-14: 99,63%, N-15: 0,37%

Entdeckung

  • 1772, Rutherford, Schottland