Stickstoff - Stickoxide
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©stu2011/05/12

Stickstoff ist ein Nichtmetall, gasförmig, farblos, geruchlos, sehr reaktionsträge, siedet bei -196°C und kommt in der Atmosphäre in 2-atomigen Molekülen als N2 vor (78%). Stickstoff hat fünf Außenelektronen, ist also 3- und 5-wertig, kann aber auch in anderen Oxidationsstufen auftreten.

Oxidationszahlen von N?

Stickstoff ist eines der wichtigsten Elemente des Lebens, da es in den Aminosäuren enthalten ist (aus Aminosäuren sind die Eiweißstoffe aufgebaut). Mensch, Tier und Pflanzen können den Luftstickstoff nicht zum Aufbau von Aminosäuren nutzen. Menschen und Tiere müssen tierisches oder pflanzliches Eiweiß mit der Nahrung zu sich nehmen. Pflanzen nehmen Stickstoff als Nitrat auf. Dieses bekommen sie aus Stickstoffverbindungen, die dem Boden zugeführt werden.

Flüssiger Stickstoff wird zum Kühlen verwendet, gasförmiger Stickstoff als Treibgas in Sprays, als Füllung von Glühbirnen und in der Lebensmittelindustrie für Schäume.

Stickstoffverbindungen gelangen in den Boden - aus Abbauprodukten tierischer und pflanzlicher Eiweiße 
- Exkremente ("Mist" von Tieren, früher auch Klärschlamm)
- aus saurem Regen (Salpetersäure aus Stickoxiden) 
- durch Düngung mit Nitraten 
- durch Düngung mit Ammoniumsalzen (werden von Bakterien "nitrifiziert", d. h. in Nitrate umgewandelt)
- durch Düngung mit Harnstoff (werden von Bakterien "nitrifiziert")
- durch Knöllchenbakterien, die Luftstickstoff fixieren (leben in Symbiose mit Hülsenfrüchten - Erbsen, Bohnen, Linsen, Lupinien, etc.).
Der Boden verliert Stickstoffverbindungen - durch die Ernte von Pflanzen 
- durch Auswaschung ins Grundwasser 
- durch denitrifizierende Bakterien (machen aus Nitraten N2O bzw. N2).

Stickoxide - NOx

Distickstoffmonoxid - N2O "Lachgas", wird als Narkotikum und als Treibgas verwendet.
Stickstoffmonoxid - NO farbloses giftiges Gas, reagiert an Luft zu  NO2.
Stickstoffdioxid - NO2 braunrot, giftig, Zwischenprodukt bei der HNO3 - Herstellung.

Stickoxide entstehen - bei Blitzschlag 
- im Lichtbogen 
- bei Verbrennungen an der Luft (bei höheren Temperaturen)
- bei der Oxidation von Ammoniak (NH3)

Reaktionsgleichungen:
1) Aus Stickstoff und Sauerstoff bildet sich Stickstoffmonoxid.
2) Aus Stickstoff und Sauerstoff bildet sich Stickstoffdioxid.
3) Aus Stickstoff und Sauerstoff bildet sich Distickstoffmonoxid.
4) Aus Ammoniak und Sauerstoff entstehen Stickstoffmonoxid und Wasser.
5) Aus Ammoniak und Sauerstoff entstehen Stickstoffdioxid und Wasser.
6) Aus Stickstoffmonoxid, Wasser und Sauerstoff entsteht Salpetersäure.
7) Aus Stickstoffdioxid, Wasser und Sauerstoff entsteht Salpetersäure.  (Siehe Lösungsseite)

Stickoxide sind also natürlichen Ursprunges (Blitzschlag, denitrifizierende Bakterien), Umweltschadstoffe (Verkehr, kalorische Kraftwerke, Industrie) und wichtige Zwischenprodukte bei der Herstellung von Salpetersäure aus Ammoniak.

Entstickung von Abgasen - "Denox"

Luft besteht zu 78% aus N2 und zu 21% aus O2. Daher bilden sich bei Verbrennung mit Luft (vor allem bei höheren Temperaturen) Stickoxide (NOx). 
In Benzin-Motoren herrschen hohe Temperaturen, daher entsteht aus Kohlenstoffverbindungen CO. 
In Kraftwerken enthalten die Abgase wenig CO (die Verbrennung zu CO2 bringt mehr Energie), daher muss zur Reduktion der Stickoxide Ammoniak beigegeben werden. 

Für Diesel-Motoren gibt es im Moment kein einfaches Katalysator-System.
Für LKW wurde eine Anlage entwickelt, die Ammoniak aus Harnstoff herstellt und wie ein Kraftwerks-Kat funktioniert.
Für die Stickoxide der PKW gibt es momentan kein praktikables System.


In Benzin-Autos reagieren die Stickoxide am Abgas-Katalysator mit Kohlenmonoxid zu Stickstoff und Kohlendioxid.

In Kraftwerken reagieren die Stickoxide am Abgas-Katalysator mit Ammoniak zu Stickstoff und Wasser.

Reaktionsgleichungen:
8) Stickstoffmonoxid und Kohlenmonoxid reagieren zu Stickstoff und Kohlendioxid.
9) Stickstoffmonoxid und Ammoniak reagieren zu Stickstoff und Wasser.

Lösungen
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Ammoniak, Salpetersäure
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