Das Element Stickstoff
Stickstoff ist ein faszinierendes chemisches Element mit der Ordnungszahl 7 und dem Symbol N. Es spielt eine zentrale Rolle in der Natur und im Stickstoffkreislauf.
Atombau und Periodensystem
Stickstoff befindet sich in der 2. Periode und der 5. Hauptgruppe des Periodensystems. Sein Atom besteht aus 7 Protonen im Kern und 7 Elektronen in der Hülle, verteilt auf 2 Elektronenschalen. Die äußerste Schale enthält 5 Valenzelektronen.
Definition: Das Energiestufenmodell zeigt die Verteilung der Elektronen auf verschiedene Energieniveaus im Atom.
Eigenschaften
Stickstoff hat einige bemerkenswerte physikalische und chemische Eigenschaften:
- Aggregatzustand bei 20°C: gasförmig
- Farbe: farblos
- Geruch: geruchlos
- Schmelztemperatur: -210°C
- Siedetemperatur: -196°C
- Dichte: 1,250 g/L
Highlight: Stickstoff ist bei Raumtemperatur ein farb- und geruchloses Gas.
Stickstoffmolekül
Das Stickstoffmolekül (N₂) besteht aus zwei Stickstoffatomen, die durch drei gemeinsame Elektronenpaare verbunden sind. Diese starke Dreifachbindung macht Stickstoff sehr stabil und reaktionsträge.
Vocabulary: Die Elektronegativität (ENW) von Stickstoff beträgt 3,0.
Vorkommen und Bedeutung
Stickstoff ist allgegenwärtig und von großer Bedeutung:
- Hauptbestandteil der Luft (78%)
- In der obersten Gesteinkruste der Erde
- In Nucleinsäuren der Erbsubstanz aller Organismen
Gewinnung und Verwendung
Stickstoff wird hauptsächlich aus der Luft gewonnen durch:
- Luftverflüssigung
- Fraktionierte Destillation
- Verbrennung
Flüssiger Stickstoff findet vielfältige Anwendungen:
- Schockgefrieren von biologischem Material
- Lagerung biologischer und medizinischer Proben
- Als Schutzgas in der Sicherheitstechnik
Der Stickstoffkreislauf
Der Stickstoffkreislauf einfach erklärt beschreibt den Weg des Stickstoffs durch verschiedene Ökosysteme:
- Pflanzen nehmen Stickstoff als Ammonium- und Nitrationen auf.
- Tiere erhalten Stickstoff durch den Verzehr von Pflanzen und anderen Tieren.
- Abgestorbene Organismen und Ausscheidungen gelangen in den Boden.
- Bakterien wandeln Stickstoffverbindungen um (Ammonifikation einfach erklärt).
- Einige Bakterien fixieren atmosphärischen Stickstoff (Stickstofffixierung einfach erklärt).
- Andere Bakterien setzen Stickstoff wieder in die Atmosphäre frei (Denitrifikation).
Example: Knöllchenbakterien an den Wurzeln von Schmetterlingsblütengewächsen können Luftstickstoff binden und für die Pflanze verfügbar machen.
Dieser Kreislauf ist essentiell für die Erhaltung des ökologischen Gleichgewichts und die Verfügbarkeit von Stickstoff für alle Lebewesen.
