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 Engländer Henry Cavendish zuerst der Nachweis gelang, wird die Entdeckung heute dem Schotten Daniel Rutherford zugeschrieben, da er seine Ergebnisse als erster allgemein zugänglich 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 zurück, das 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 von Sauerstoff, konnte den Nachweis von Stickstoff bestätigen. Der von 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 atmosphärischen Stickstoff durch die Deutschen Haber und 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!

Bedetung & Vorkommen

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 größten Anteil an der Erdatmosphäre: Er beträgt nach Gewichtsprozent 75,5% bzw. 78,1% nach Volumenprozent. In der Erdkruste hat es eine ähnliche Häufigkeit wie Lithium, Cobalt 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.

Eigenschaften

Stickstoff ist ein farb-, geruch- und geschmackloses Gas, das erst 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 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. Beständig sind +5, +3 und -3.

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

Biologische Bedeutung

Stickstoff ist essentiell für alle Pflanzen und Tiere. Es ist ein Bestandteil von Proteinen, Nucleinsäure 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 für 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%. Darüber hinaus gibt es sechs bekannte Radionuklide, von denen N-13 mit knapp 10 Minuten die längste Halbwertszeit hat. Am schnellsten zerfällt N-12 mit nur 11 Millisekunden Halbwertszeit.

Verwendung

Jährlich werden weltweit ca. 44 Millionen Tonnen Stickstoff gewonnen. Das Gas kommt in grünen Stahlflaschen in den Handel. 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.

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] 2s² 2p³
• Oxidationszahlen: 5, 4, 3, 2, -3
• Ionisierungseng.: 14,534
• Dichte: 1,17 g/L

Elektronegativität

• 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)

Natürliche Isotope

• N-14: 99,63%, N-15: 0,37%

Entdeckung

• 1772, Rutherford, Schottland