Stickstoff Verbindungen

Das Element Stickstoff kommt immer als Molekül vor, das aus zwei Stickstoffatomen besteht. Die Atome sind durch drei gemeinsame Elektronenpaare miteinander verbunden. Jedes Stickstoffatom besitzt noch zwei nichtbindende Elektronen. Die Dreifachbindung ist eine unpolare Atombindung und außerordentlich stabil.

Das Element Stickstoff ist ein farbloses, geruchloses, nicht brennbares Gas. Aus der Eigenschaft Flammen und Lebewesen zu ersticken, hat sich der Name des Elements ergeben. Es wurde im 18. Jahrhunderts von mehreren Chemikern, z. B. M. W. LOMONOSSOW, K. SCHEELE, H. CAVENDISH und A. L. DE LAVOISIER unabhängig voneinander entdeckt.

Reaktionen des Stickstoffs

Stickstoff ist ein typisches Nichtmetall. Aufgrund der stabilen unpolaren Dreifachbindung ist es außerordentlich reaktionsträge. Bei Zimmertemperatur reagiert das Gas nur mit sehr unedlen Metallen zu Nitriden.

${\text{N}}_{\text{2}}\text{+}\text{6 Li}\stackrel{}{\to }{\text{2 Li}}_{\text{3}}\text{N}$

Mit Wasserstoff und Sauerstoff reagiert Stickstoff nur nach entsprechender Aktivierung z. B. durch einen Katalysator. Mit Wasser erfolgt gar keine Reaktion.

Stickstoff ist der Hauptbestandteil der Luft . Das Gas hat einen Anteil von 78,1 Vol.-% in der Atmosphäre. Flüssiger Stickstoff wird technisch durch Verflüssigung der Luft und anschließende fraktionierte Destillation gewonnen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Luftsauerstoff mit Kohle zu Kohlenstoffdioxid umzusetzen. Dieses kann man leicht aus dem Gasgemisch abtrennen und erhält so gasförmigen Stickstoff.
Daneben wird Stickstoff als Schutzgas, z. B. zur Konservierung von Fleisch in der Lebensmittelindustrie, verwendet. Auch in der chemischen Industrie und in Laboratorien benutzt man Stickstoff, um durch Luft oxidierbare oder feuchtigkeitsempfindliche Substanzen zu „schützen“.

Flüssiger Stickstoff hat eine Siedetemperatur von -196 °C und dient in der Kältetechnik zur Konservierung von Zellen und z. T. sogar schon von Organen.

Nitrose Gase sind in Abgasen von Autos, industriellen Verbrennungsprozessen und Synthesen enthalten. Sie schädigen die Umwelt zum einen durch die Säurebildung mit der Luftfeuchte, durch die sie zur Entstehung des sauren Regen s beitragen. Zum anderen sind nitrose Gase sehr reaktiv und bilden mit Sauerstoff unter bestimmten Bedingungen Ozon. Die erhöhte Ozonkonzentration in Bodennähe ist die Hauptursache für den Sommersmog bzw. Fotosmog.

Technische Verwendung finden die nitrosen Gase fast ausschließlich bei der Herstellung von Salpetersäure. In einigen anderen industriellen Prozessen ist ihre Entstehung unerwünscht, da sie eine aufwändige Reinigung der Abgase erfordert.
Distickstoffmonooxid (Lachgas, ${\text{N}}_{\text{2}}\text{O}$) wird in der Medizin zur Unterstützung anderer Narkosemittel verwendet.

Salpetersäure (${\text{HNO}}_{\text{3}}$) ist eine starke Säure, die mit Wasser zu Oxonium-Ionen und Nitrat- Ionen reagiert.

${\text{HNO}}_{\text{3}}\text{+}{\text{H}}_{\text{2}}\text{O}\underset{}{\overset{}{\rightleftharpoons }}{\text{H}}_{\text{3}}{\text{O}}^{\text{+}}\text{+}{\text{NO}}_{\text{3}}{}^{\text{-}}$

Natriumnitrat ist ein weißes, kristallines Salz. Es ist Hauptbestandteil des Chilesalpeters. Natriumnitrat wird als Düngemittel und zur Herstellung von Feuerwerk verwendet.
Ammoniumnitrat zerfällt beim Erhitzen explosionsartig. Ammoniumnitrat ist ein idealer Stickstoffdünger. Nach dem Sprengstoffgesetz darf es aber nur als Gemisch mit anderen Zusätzen, wie z. B. Kalk eingesetzt werden. Das verhindert u. a. die Explosion des reinen Nitrats.

Weitere Stickstoffverbindungen

Ammoniak ist die wichtigste Stickstoff-Wasserstoff-Verbindung, da daraus technisch fast alle anderen Stickstoffverbindungen hergestellt werden. Das Ammoniakmolekül besteht aus einem Atom Stickstoff und drei Atomen Wasserstoff, die durch polare Atombindungen verbunden sind.
Ammoniak ist farblos, gasförmig, mit charakteristischem Geruch und gut wasserlöslich. Die wässrige Lösung reagiert schwach basisch. Ammoniak ist nach Brönstedt eine Base und entzieht dem Wasser ein Wasserstoff-Ion (Proton), sodass ein Hydroxid-Ion entsteht.

${\text{NH}}_{\text{3}}\text{+}{\text{H}}_{\text{2}}\text{O}\stackrel{}{\to }{\text{NH}}_{\text{4}}{}^{\text{+}}\text{+}{\text{OH}}^{\text{-}}$

Flüssiger Ammoniak ist ähnlich wie Wasser ein gutes Lösungsmittel für polare Stoffe. Es unterliegt ebenfalls in geringem Maße der Autoprotolyse in Ammoniumionen und Amidionen.

$2N{H}_3\stackrel{}{\rightleftarrows }N{H}_4{}^{+}+N{H}_2{}^{-}$

Ammoniak wird technisch ausschließlich nach dem 1913 entwickelten HABER-BOSCH-Verfahren gewonnen. Dieses Verfahren ermöglichte es Deutschland, die zur Waffenproduktion notwendigen Nitrate während des ersten Weltkriegs unter Umgehung des Handelsembargos selbst herzustellen.

Ammoniak wird zu etwa 80 % für die Herstellung von Stickstoffdüngemitteln gebraucht. Außerdem dient es zur Herstellung von Kunststoffen, Sprengstoffen auf Nitratbasis und Pflanzenschutzmitteln.