Stickstoff: Reaktionen, Verbindungen und deren Verwendung

Stickstoff steht an 7. Stelle des Periodensystems und hat somit 7 Protonen und 7 Elektronen. Seine Massenzahl beträgt 14 und er gehört zu der 5. Hauptgruppe, der Stickstoffgruppe. In der unteren Grafik kannst Du ein Elektronenschalenmodell eines Stickstoffatoms sehen. Wie jedes andere Element möchte auch Stickstoff die Edelgaskonfiguration erreichen. Das heisst in diesem Fall, dass er seine Valenzschale mit 3 weiteren Elektronen auffüllen möchte, um die Elektronenkonfiguration von Neon zu erhalten. Besonders ist auch, dass Stickstoff, da es ein Element der 2. Periode ist, die Oktettregel einhält und deshalb nie mehr als 8 Elektronen auf seiner Valenzschale haben kann. Durch diesen Umstand bildet Stickstoff normalerweise auch nicht mehr als 3 Bindungen zu anderen Atomen aus. In einigen Fällen kann Stickstoff jedoch auch 4 Bindungen ausbilden, jedoch verliert es dann sein einsames Elektronenpaar, da dieses dann für eine Bindung benutzt wird. Ein Beispiel dafür wäre das Ammonium-Ion (NH₄)⁺. In diesem Fall trägt das Stickstoffatom dann eine positive Formalladung.

​ Elektronenkonfiguration eines Stickstoffatoms ​	Lewis-Formel von Stickstoffgas

Die Elektronegativität eines Elements beschreibt, wie stark ein Element Elektronen aufnehmen will. Desto höher der Wert, desto mehr will ein Element Elektronen aufnehmen. Mit einem Wert von 3.04 ist Stickstoff das 4. elektronegativste Element nach Fluor, Sauerstoff und Chlor. In der Natur kommt Stickstoff hauptsächlich als elementares Gas vor, N₂. Dieses macht nämlich 70 % unserer Atmosphäre aus.

Fluor, Sauerstoff und Chlor sind in ihrer elementaren Form (F₂, O₂, Cl₂) stark reaktiv. Obwohl Stickstoff ähnlich elektronegativ ist, ist er in elementarer Form kaum reaktiv. In Verbindungen kann er viele verschiedene Oxidationsstufen haben (-3 bis +5).

Reaktionen, Verbindungen und deren Verwendung

Elementarer Stickstoff reagiert, wie erwähnt, kaum mit etwas. Das liegt daran, dass die beiden Stickstoffatome in N₂ untereinander eine sehr stabile Dreifachbindung ausbilden. Nur sehr stark reaktive Stoffe können mit elementarem Stickstoff reagieren. So reagiert z.B. elementares Lithium mit elementarem Stickstoff zu Lithiumnitrid.

​$$N_2 + 6 Li \rightarrow 2 Li_3N$$

Aufgrund dieser nützlichen Eigenschaft wird elementarer Stickstoff bei Sauerstoff empfindlichen Prozessen z.B. in der Chemie oder beim Schweissen als Schutzgas verwendet, um Sauerstoff auszuschliessen. Auch Flugzeugreifen werden mit Stickstoff befüllt.

Ausserdem können Bakterien den inerten Stickstoff nicht in der Zellatmung verwenden. Deshalb werden auch Lebensmittel unter Stickstoff abgepackt, um ihre Haltbarkeit zu erhöhen. 

Trotzdem kommt Stickstoff als Atom in Verbindungen sehr oft vor. So gibt es viele anorganische Verbindungen wie Ammoniak (NH₃), Nitrat (NO₃^-) oder Nitrit (NO₂^-) in der Erde. Diese Verbindungen sind sehr wichtig als Nährstoffe, da Pflanzen und Pilze diesen Stickstoff benötigen, um zu wachsen. Heute wird Ammoniak vor allem im Haber-Bosch-Verfahren gewonnen. Unter dem Druck von 300 bar und bei einer Temperatur von 500 °C lässt sich dabei aus elementarem Stickstoff und elementarem Wasserstoff Ammoniak herstellen.

​$$N_2 +3 H_2 \rightarrow 2NH_3$$

Dieses hergestellte Ammoniak wird dann als Dünger verwendet oder in der Chemie als Ausgangsstoff für Stickstoffverbindungen. ​

 In organischen Molekülen kommt Stickstoff meist als Amin oder Amid vor. So kommt in Deinem Körper sehr viel Stickstoff vor, denn alle Proteine Deines Körpers sind aus Aminosäuren gemacht, die immer Stickstoff enthalten. Auch die DNA enthält 4 Basen, welche alle Stickstoff enthalten. Somit ist Stickstoff ein essenzielles Element für Deinen Körper und alles andere Leben.

Bei der Verbrennung von Diesel und anderen Kraftstoffen können ausserdem stark schädliche Stickoxide entstehen (NO_x). Diese Stickoxide sind nicht nur gesundheitsschädlich, sondern können auch mit dem Wasser in der Luft zu salpetriger Säure und Salpetersäure reagieren und somit sauren Regen verursachen. 

​$$2 NO_2 +H_2O \rightarrow HNO_2 +HNO_3$$

Dieser schädigt Ökosysteme, wie den Wald oder das Meer, stark. ​