Technischer Stickstoff

Nitrogentechnisch

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mw-headline" id="Geschichte">Historie

Nitrogen ( "Latin Nitrogenium") ist ein chemischer Baustein mit der Atomzahl 7 und dem Elementzeichen N. Er ist abgeleitet vom altgriechischen Namen Stickstoff (?????? nitron "alkalisches Salz" und der Abkürzung für die Abkürzung für Nitron "genos "Ursprung"). Der Begriff Stickstoff weist darauf hin, dass der molekulare Stickstoff die Flamme erlischt ( "erstickt") oder dass lebende Wesen in purem Stickstoff erdrosseln.

In der periodischen Tabelle ist es in der fünften Gruppe, oder der fünfzehnten IUPAC Gruppe oder Stickstoffgruppe und der zweiten Zeitspanne. Die älteren Namen Azot, Azote, Stickstoffgas und Soogenium. Elementarer Stickstoff kommt nur in zweiatomigen Molekülen vor (molekularer Stickstoff, auch Distickstoff, Molekülformel N2); mit 78% ist er der wichtigste Bestandteil der Atemluft.

Anorganischer Stickstoff ist in der Erdrinde kaum zu finden; er ist nur in salpetrigen Ablagerungen von großer Wichtigkeit. Mit fortschreitender Entwicklung hat sich ein Stickstoffzyklus von Ökosystemen entwickelt: Stickstoff als Baustein von Eiweißen und vielen anderen natürlichen Substanzen ist für lebende Organismen unentbehrlich, die ihn biologisch abbinden und in einem energieaufwändigen Verfahren (Stickstofffixierung) bereitstellen.

Natürliche stickstoffhaltige Chemikalien wie z. B. Salze von Nitraten und Ammoniumsalzen wurden bereits in der Altertumsgeschichte und von Alchemisten eingesetzt. 1771 bewies Carl Wilhelm Scheele Stickstoff als Luftbestandteil und wurde 1772 von Daniel Rutherford bekräftigt. Jahrhundert war der Salzgehalt die einzig wichtige Stickstoffquelle.

Jahrhunderts wurde erkannt, dass ein großer Teil der Pflanzenmasse Stickstoff beinhaltet und ein wichtiger Bestandteil aller lebenden Wesen ist. Damit ist Stickstoff auch der Grundbaustein aller Fermente, die den Pflanzen-, Tier- und Menschenstoffwechsel kontrollieren. Der Stickstoff ist unverzichtbar für das Erdenleben. 78,09 Vol.-% (75,53 Gew.-%) der Erdatmosphäre bestehen aus molekularen Stickstoff.

Soweit bekannt, können Anlagen den Stickstoff in der Atmosphäre nicht direkt ausnutzen. Der Übergang in eine für die Pflanze nutzbare Gestalt erfolgt durch: Hülsenfrüchtler können damit auch arme Gebiete besiedeln, weshalb der Mensch diese Pflanze vor allem im biologischen Anbau zur Stickstoffanreicherung nützt.

Frei lebende Mikroorganismen: Die nicht-symbiotische Stickstoffbindungen basieren auf der Eigenschaft einiger frei lebender Organismen (z.B. Asotobacter und Cyanobacter), das körpereigene Protein mit Hilfe von Atmosphärenstickstoff aufzubauen. Für die landwirtschaftliche Verwendung wird die Grössenordnung der Luftstickstoffbindung durch frei lebende Keime mit 5-15 kg/ha und Jahr veranschlagt. Dies passiert bei Stromentladungen, wenn sich Stickstoff und Stickstoff zu Stickoxiden zusammentun.

Pkw-Abgase: Bei der Verfeuerung von fossilen Brennstoffen (Benzin, Diesel) werden im Straßenverkehr stickstoffhaltige Stoffe frei. Durch den Verbrennungsprozess werden Stickstoffoxide (NOx, insbesondere Stickstoffdioxid NO2, aber auch Stickoxid NO2 und andere NOx-Verbindungen) erzeugt. Heute gibt es einige Fahrzeuge mit Katalysator, die diese Stoffe reduzieren: Diese wird in Gegenwart von Ammoniak (Ammoniak/Ammonium-Gleichgewicht in gesäuerter Lösung: NH3 + H3O+ NH4+ + H2O) in Ammoniak umgerechnet.

Dabei werden sowohl oxidierte als auch reduzierte Stickstoff-Verbindungen in der Atmosphäre transportiert und leisten einen wesentlichen Beitrag zur Überdüngung angrenzender ökologischer Systeme. In Photosyntheseprodukten wird Stickstoff unter anderem zur Produktion von Proteinen eingesetzt und begünstigt so das Wachstums. Stickstoff spielt eine bedeutende Rolle als wesentlicher Baustein von Desoxyribonukleinsäure und Chlorophyll.

10] Stickstoff wird in der Regel in Ammonium- oder Natriumsalzen resorbiert. Heute wird Stickstoff hauptsächlich durch fraktioniertes Destillieren von Flüssigluft in Luftzerlegungs-Anlagen nach dem Linde-Verfahren mit einer Sauberkeit von bis zu 99,9999999 % hergestellt. Bei Stickstoff mit einer Verunreinigung unter 1 ppb sind weitere Schritte erforderlich.

Man kann den Sauerstoff auch entfernen, indem man die Abluft über das glühende Eisen oder durch eine basische Pyrogallol- oder Natriumsulfatlösung leitet. Reine Stickstofflösung kann im Prüflabor durch Erwärmen einer wäßrigen Natriumnitritlösung oder einer Ammoniumchlorid/ Natriumnitrit-Lösung auf ca. 70 °C hergestellt werden: Molekülstickstoff ist ein farbloses, geruchs- und geschmacksneutrales Erdgas, das bei niedrigen Außentemperaturen (-196 C) zu einer farbneutralen Flüssigphase auskondensiert.

Der Stickstoff ist nicht sehr wasserlöslich (23,2 mg Stickstoff in 1 l bei 0 C) und nicht entflammbar. Der Stickstoff ist das einzigste Glied der Stickstoff-Gruppe, das (p-p)? mit sich selbst verbindet. Bei -146,95 C, 33,9 Bars, Raumgewicht 0,314 g/cm3. Stickstoff geht in seinen Mischungen bevorzugt Kovalenzbindungen ein.

All diese Substanzen haben eine trimonale Pyramidenstruktur und ein Paar freier Elektronen. Das Molekül Stickstoff N2 ist aufgrund der stabilen dreifachen Bindung im Stickstoffatom und der starken Dissoziationsenergie von 942 kJ/mol sehr inert[14]. Deshalb ist es in der Regel sehr energieintensiv, diese Substanz zu separieren und Stickstoff an andere Bestandteile zu binden. 2.

Noch heute wird dieses isotope in gleicher Art und Weise für die biochemischen Arbeiten zum Stickstoffstoffwechsel in Ackerböden oder Nutzpflanzen, aber auch bei der Umwandlung von Eiweißen als Indikatoren verwendet. Die Stickstoffatmosphäre hat einen Stickstoffanteil von 15N von 0,3663 Prozent. Stickstoff-Verbindungen werden in einer Vielzahl von Bereichen der organisch-chemischen Industrie verwendet und sind Dünger.

Bei vielen Sprengstoffen handelt es sich um Stickstoff-Verbindungen. Der Stickstoff wird zum Befüllen der Reifen großer Luftfahrzeuge eingesetzt. Die Vermeidung von Luftsauerstoff (ca. 21% in der Luft) bei einem Luftdruck von ca. 10 Bar vermeidet, dass Luftreifen bei der Ankunft oder beim Start durch hohe Wärmeentwicklung (Reibung und Gehen) von der Innenseite Feuer fangen.

Eine kleine günstige Nebenwirkung ist, dass Stickstoff etwa 2,5% weniger Gewicht hat als Luftzug. Der Stickstoff fungiert als Schweißschutzgas und als Füllgas für Glühlampen. Wichtig sind dabei die inerten Eigenschaften von Stickstoff. In Getränkeautomaten wird Stickstoff eingesetzt, wenn aufgrund baulicher Gegebenheiten (langer Rohrleitungsweg, großer Höhenunterschied) ein erhöhter Schankdruck erforderlich ist.

Hier wird Stickstoff zusammen mit Kohlendioxid als Gasgemisch genutzt. Weil sich Stickstoff im Getränke nicht auflöst, kann er auch bei höherem Druck ohne zu viel Schaum oder Karbonisierung abgezapft werden. Wegen des geringen Siedepunktes wird Flüssigstickstoff als Kühlmedium in der Kryogenik genutzt. Die Verdunstungswärme des Stickstoffs wird dem gekühlten Gut entzogen und so lange gekühlt, bis es verdunstet ist.

Im Vergleich zu Flüssigsauerstoff, der bei -183 C (90 K) kocht, ist der Kochpunkt von Flüssigstickstoff um weitere 13 K tiefer, er kocht bei -196 C (77 K) und kondensiert Luftsauerstoff und andere Gasen, die auf diese Art abgetrennt werden können. Flüssigstickstoff (Dichte 0,8085 kg/L bei -195,8 C[17]) wird unter anderem zur Herstellung des Supraleiterzustandes für Hochtemperatursupraleiter eingesetzt.

Flüssigstickstoff wird beispielsweise auch verwendet, um Zahnradwellen so weit zu verkleinern, dass montierte Getriebe durch Presssitz auf der Achse gehalten werden. Bei der Wiederverwertung von Leitungen wird das Isoliermaterial durch Abkühlung mit Flüssigstickstoff brüchig und kann vom Blech (Aluminium oder Kupfer) abklopfen. Die " Stickstoffvergrabung " (Promession) ist in Deutschland nach wie vor untersagt.

Alternativ zur Feuerbestattung (Einäscherung) wird der Körper in einem Flüssigstickstoffbad bei -196 C gefroren. Ein traditionelles Holzsargbegräbnis findet in einer Wassertiefe von ca. 2 Metern statt; im Unterschied zum Stickstoffbegräbnis nimmt der Zersetzungsprozess hier mehrere Jahre in Anspruch. Stickstoff-Verbraucher erhalten Stickstoff oft als flüssigen Stickstoff in Thermosflaschen-ähnlichen Behältern statt in Druckgas-Flaschen.

Die Abfüllung des Stickstoffs erfolgt in flüssiger Form aus zweiwandigen Tankschiffen. Azoation ist eine katalytische Umsetzung, bei der ein Partner Stickstoff absorbiert. Typisch für die Azotisierung ist die Abbildung von Calciumcyanamid: In Gebieten, in denen große Stickstoffmengen gehandhabt werden und eine Erstickungsgefahr droht, zum Beispiel bei Störungen, müssen neben der notwendigen Be- und Entlüftung besondere Warnvorrichtungen vorgesehen werden, die visuell oder akustisch auf einen Mangel an Sauerstoff hinweisen.

Stickstoff, der in organischer Bindung vorhanden ist, kann mittels Lassaignescher-Probe und mittels der Stickstoff-Bestimmung nach Will-Varrentrapp, Kjeldahls Stickstoff-Bestimmung, mittels eines Azotometers oder einer Elementaranalytik nachweisbar sein. Bei anorganischem gebundenem Stickstoff wird die Crossmatch für Ammonium-Ionen oder die Ringmuster für Stickstoff-Ionen als Detektionsreaktion ausgeführt. Im Grenzbereich zwischen den beiden Medien werden die Stickstoffionen zu Stickoxid (NO) zersetzt.

Stufe 1: und Stufe 2: Stickstoff enthaltende Verbindungen: Oxide: Stickstoff enthaltende Säure und deren Salze: Greenwood, A. Earnshaw: Chemistry of the Elements. 518-607 Harry H. Binder: Wörterbuch on der chemische Elements - das periodensystem in Fakten, Zahlen and Dat. St. Hirzel Verlagshaus, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3. Harry H. Binder: Wörterbuch der chem ischer Bestandteile.

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