Stickstoff: Elementeigenschaften und Verwendungen
Beschreibung
Stickstoff ist ein farbloses, geruchloses Gas, das 78 % der Erdatmosphäre ausmacht. Es spielt eine entscheidende Rolle in verschiedenen chemischen Prozessen und wird in vielen Industriezweigen verwendet.
Einführung in das Element
Stickstoff ist ein nicht-metallisches Element mit dem chemischen Symbol "N" und der Ordnungszahl 7. Es ist ein wesentlicher Bestandteil der Erdatmosphäre und macht fast 78 % seines Volumens aus. Stickstoff ist ein wesentlicher Baustein für alle lebenden Organismen, da er ein wichtiger Bestandteil von Aminosäuren und Nukleinsäuren ist. Er ist auch in vielen Düngemitteln, Sprengstoffen und Industriechemikalien enthalten.
Chemische Eigenschaften Beschreibung
Stickstoff ist unter Standardbedingungen aufgrund seiner starken Dreifachbindung zwischen den Stickstoffatomen im zweiatomigen Molekül (N₂) ein relativ reaktionsträges Gas. Dies macht es im Vergleich zu anderen Gasen wie Sauerstoff weniger reaktiv. Stickstoff kann jedoch mit anderen Elementen eine Vielzahl von Verbindungen bilden, wie z. B. Ammoniak (NH₃), Salpetersäure (HNO₃) und Stickoxide (NOₓ). Diese Verbindungen spielen in Industriezweigen wie der Landwirtschaft und der verarbeitenden Industrie eine wichtige Rolle.
Stickstoff kann bei bestimmten Reaktionen auch als Oxidationsmittel wirken, z. B. bei der Herstellung von Salpetersäure. Unter extremen Bedingungen, z. B. bei hohen Temperaturen oder hohem Druck, kann Stickstoff mit Wasserstoff reagieren und durch den Haber-Prozess Ammoniak bilden.
Physikalische Eigenschaften Datentabelle
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Eigenschaft |
Wert |
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Ordnungszahl |
7 |
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Atommasse |
14,007 g/mol |
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Schmelzpunkt |
-210°C |
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Siedepunkt |
-196°C |
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Dichte (bei 0°C, 1 atm) |
1.2506 g/L |
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Erscheinungsbild |
Farbloses, geruchloses Gas |
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Zustand bei Raumtemperatur |
Gas |
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Löslichkeit in Wasser |
Geringfügig löslich |
Weitere Informationen finden Sie bei Stanford Advanced Materials (SAM).
Häufige Verwendungszwecke
Stickstoff wird aufgrund seiner Inertheit und Vielseitigkeit in vielen verschiedenen Branchen eingesetzt. Einige der häufigsten Verwendungen sind:
- Landwirtschaft: Stickstoff ist ein wesentlicher Nährstoff für Pflanzen und ein Hauptbestandteil von Düngemitteln wie Ammoniumnitrat und Harnstoff.
- Lebensmittelindustrie: Stickstoff wird zur Konservierung von Lebensmitteln verwendet, indem er den Sauerstoff verdrängt und so Verderb und Oxidation verhindert.
- Elektronik: Stickstoff wird bei der Herstellung von Halbleitern und anderen elektronischen Komponenten verwendet, um eine kontrollierte, sauerstofffreie Umgebung zu schaffen.
- Medizin: Stickstoff wird in der Kryotechnik zum Einfrieren biologischer Proben und in medizinischen Geräten verwendet, die kontrollierte Umgebungen erfordern.
- Fertigung: Stickstoff wird als Inertgas in der Metallproduktion und bei Schweißprozessen verwendet, um Oxidation und Verunreinigung zu verhindern.
Aufbereitungsmethoden
Stickstoff wird hauptsächlich durch fraktionierte Destillation von verflüssigter Luft gewonnen. Bei diesem Verfahren wird der Stickstoff von anderen Komponenten wie Sauerstoff und Argon getrennt. Stickstoff kann auch durch die Zersetzung bestimmter chemischer Verbindungen wie Natriumazid (NaN₃) in Airbags oder durch die Reaktion von Ammoniak mit Sauerstoff bei hohen Temperaturen gewonnen werden.
Verwandte Industrieprodukte
Mehrere Industrieprodukte werden aus Stickstoff oder seinen Verbindungen hergestellt:
- Ammoniak (NH₃): Wird in Düngemitteln und Sprengstoffen verwendet.
- Salpetersäure (HNO₃): Ein Hauptbestandteil von Düngemitteln, Sprengstoffen und Reinigungsmitteln.
- Natriumnitrit (NaNO₂): Wird bei der Konservierung von Lebensmitteln und bei der Herstellung von Farbstoffen und Chemikalien verwendet.
- Stickstoffgas: Wird aufgrund seiner inerten Eigenschaften in Branchen wie Elektronik, Pharmazeutika und Lebensmittelverpackungen verwendet.
Häufig gestellte Fragen
Was sind die wichtigsten Verwendungszwecke von Stickstoff in der Industrie?
Stickstoff wird in der Landwirtschaft (Düngemittel), bei der Lebensmittelkonservierung, in der Elektronik (Halbleiterherstellung), in der Kryotechnik und bei Schweißverfahren verwendet.
Ist Stickstoff für den Menschen schädlich?
In seiner natürlichen Form ist Stickstoff ungiftig, aber das Einatmen hoher Konzentrationen von Stickstoffgas kann den Sauerstoff verdrängen und zum Ersticken führen.
Wie wird Stickstoff für die industrielle Nutzung gewonnen?
Stickstoff wird in der Regel durch die fraktionierte Destillation von verflüssigter Luft oder durch die Zersetzung von Verbindungen wie Natriumazid gewonnen.
Was ist die häufigste Stickstoffverbindung?
Ammoniak (NH₃) ist eine der am häufigsten hergestellten Stickstoffverbindungen, insbesondere für die Düngemittelproduktion.
Spielt Stickstoff eine Rolle für das Pflanzenwachstum?
Ja, Stickstoff ist ein wesentlicher Nährstoff für Pflanzen und trägt zur Bildung von Proteinen und Chlorophyll bei.
