1.

Einleitung

Stickstoff, Symbol N, gasförmiges Element und ein wesentlicher Bestandteil der Luft. Stickstoff hat die Ordnungszahl 7 und gehört zur Gruppe 15 (bzw. Va) des Periodensystems der Elemente. Das Gas wurde im Jahr 1772 von dem englischen Arzt Daniel Rutherford erstmals isoliert, aber erst der französische Chemiker Antoine Laurent Lavoisier erkannte 1776, dass es sich bei dem neu entdeckten Gas um ein Element handelte.

2.

Eigenschaften

Stickstoff ist ein farb-, geruch- und geschmackloses, nicht giftiges Gas und lässt sich zu einer farblosen Flüssigkeit kondensieren. Das Element schmilzt bei -210,01 °C und siedet bei -195,79 °C. Seine Dichte beträgt bei einer Temperatur von 0 °C und einem Druck von 1 Atmosphäre (100 Kilopascal) 1,251 Gramm pro Liter, seine Atommasse liegt bei 14,007 u. Stickstoff bildet zwei natürliche Isotope. Außerdem konnte man vier radioaktive Isotope künstlich erzeugen. Unter einem extremen Druck von 240 Gigapascal zeigt das Element sogar Eigenschaften eines Halbleiters.

Stickstoff gewinnt man aus der Luft, indem man diese über erhitztes Kupfer oder Eisen leitet, wobei der Sauerstoff mit dem Metall reagiert. Das verbleibende Restgas besteht, neben geringen Mengen einiger Edelgase, fast nur aus Stickstoff. Reinen Stickstoff erhält man durch fraktionierte Destillation flüssiger Luft. Weil flüssiger Stickstoff eine tiefere Siedetemperatur hat als flüssiger Sauerstoff, bildet er bei der Destillation die erste Fraktion.

Stickstoff macht etwa vier Fünftel (nämlich 78,03 Volumprozent) der Atmosphäre aus. Er ist inert, d. h. chemisch reaktionsträge, und verdünnt sozusagen den Sauerstoff bei den Verbrennungsprozessen und bei der Atmung. Stickstoff ist für die Ernährung der Pflanzen sehr wichtig. Diese können den gasförmigen Luftstickstoff allerdings nicht direkt verwerten. Bestimmte Bakterien im Boden sind in der Lage, ihn beispielsweise zu Nitraten umzusetzen, die von den Pflanzen aufgenommen werden können. Diesen Vorgang bezeichnet man als Stickstofffixierung. Stickstoff ist beispielsweise in allen Proteinen enthalten und kommt in chemisch gebundener Form in Mineralien vor. Wirtschaftliche Bedeutung hat z. B. Kaliumnitrat KNO₃, das man u. a. in kaliumhaltigen Düngemitteln einsetzt.

Stickstoff reagiert mit anderen Elementen nur bei hohen Temperaturen oder Drücken zu anorganischen Verbindungen. Bei geringeren Drücken lässt sich das Element durch elektrische Entladungen in eine aktive Form überführen. Dann reagiert Stickstoff leicht z. B. mit Alkalimetallen zu Aziden.

In Form seiner sehr zahlreichen Verbindungen nimmt das Element an vielen chemischen Reaktionen teil, wobei es fast alle Oxidationsstufen zwischen -3 und +5 annehmen kann. So hat Stickstoff z. B. im Ammoniak die Oxidationsstufe -3, in Hydrazin -2 und in Hydroxylamin -1.

3.

Anwendungen

Der meiste in der chemischen Industrie benötigte Stickstoff wird durch fraktionierte Destillation flüssiger Luft gewonnen und zur Ammoniaksysnthese eingesetzt. Das Ammoniak dient dann als Ausgangsstoff für eine große Vielfalt wichtiger Substanzen, wie beispielsweise Salpetersäure, Harnstoff (zur Herstellung von Düngemitteln), Hydrazin und verschiedene Amine. Bei der so genannten Nitridierung von Silicium entsteht bei hohen Temperaturen mit Stickstoff Siliciumnitrid Si₃N₄, das man als keramischen Werkstoff verwendet. Auch einige Metalle oder bestimmte Metallverbindungen bilden je nach technischem Verfahren mit Stickstoff oder Ammoniak NH₃ entsprechende Nitride. Nitride zeichnen sich durch ihre hohe Schmelztemperatur aus, wobei einige wie Niob- und Zirconiumnitrid bei tiefen Temperaturen supraleitende Eigenschaften besitzen (siehe Supraleitung). Ammoniak lässt sich mit Kohlenwasserstoffen (vorzugsweise Methan) zu Cyanwasserstoff (Blausäure) umsetzen, einem wichtigen Ausgangsprodukt in der chemischen Industrie (so genannter C₁-Baustein). Flüssiger Stickstoff hat als Kühlmittel in der Kältetechnik und in der Tiefsttemperaturtechnik große Bedeutung.