Stickstoff (N)

Luft besteht zu 78% aus Stickstoff (N₂). Der Apotheker und Chemiker Carl Wilhelm Scheele entdeckte Stickstoff 1770 nach der Entfernung von Sauerstoff (O₂) aus der Luft. Tiere, die dem noch unbekannten Stoff ausgesetzt wurden, starben den Erstickungstod, was zum deutschen und französischen Namen des Elements führte. Die englische Bezeichnung nimmt Bezug auf eine Verbindung auf Stickstoffbasis, den sogenannten Salpeter (nitre auf Englisch).

Die Grundlage vieler Sprengstoffe

Salpeter ist der gebräuchliche Name für Kaliumnitrat (KNO₃). Es entsteht spontan aus der Zersetzung von Tierexkrementen und bildet weissliche Ausblühungen an feuchten Wänden von Ställen und Scheunen. Dies gab ihm möglicherweise den Namen sal petrae, also „Felsensalz“, der in manchen alten Quellen verwendet wird. Salpeter ist der Hauptbestandteil von Schwarzpulver, dem ältesten bekannten Sprengstoff.

Schwarzpulver besteht zu 75% aus Salpeter, der Rest ist Kohle und Schwefel. Heute nutzt man Schwarzpulver nicht mehr als Sprengstoff, setzt es jedoch für Feuerwerke und in der Pyrotechnik ein. Auch alle später entdeckten Sprengstoffe enthalten Stickstoffatome, wie beispielsweise Nitroglyzerin und TNT.

Ein lebenswichtiges Element

Stickstoff ist das fünfthäufigste Element in unserem Universum. Er ist zudem essentiell für die Erhaltung des Lebens. Alle Lebewesen brauchen Stickstoffatome, um Aminosäuren und schliesslich die Proteine zu bilden, aus denen sie bestehen. Die wichtigste Stickstoffquelle ist unsere Luft, die Stickstoff in Form von N₂-Molekülen in praktisch unerschöpflichen Reserven enthält. Die meisten Lebewesen sind jedoch nicht fähig, Stickstoff aus der Luft aufzunehmen, da das N₂-Molekül bei Lufttemperatur und atmosphärischem Druck inert ist. Daher sind sie für die Stickstoffaufnahme auf andere Lebewesen angewiesen.

Die Wurzeln von Hülsenfrüchten (Klee, Luzerne, Bohnen) zum Beispiel besitzen kleine Knötchen mit Bakterien, die Stickstoff aus der Luft aufnehmen und Aminosäuren bilden können. Die Pflanze kann diese Aminosäuren aufnehmen und liefert im Gegenzug den Bakterien Nahrung.

Eine wichtige Quelle für Düngemittel

Anfang des 20. Jahrhunderts revolutionierte das Haber-Bosch-Verfahren (benannt nach den Chemikern Fritz Haber und Carl Bosch) die Düngerproduktion. Dieses Verfahren erlaubt, Stickstoff aus der Luft zur Herstellung von Ammoniak zu nutzen. Man mischt zuerst Luft mit Wasserstoff (H₂) und leitet diese Mischung dann durch riesige Windkanäle, die sie durch immer kleinere Röhren pressen und so komprimieren. Erreicht der Druck 150 bis 350 bar, erhitzt man die Gasmischung auf 400°C und leitet sie durch eine mit einem Eisenkatalysator gefüllte Röhre. Es bildet sich eine gasförmige Mischung aus Wasser und Ammoniak (NH₃). Diese oxidiert man anschliessend zu Salpetersäure (HNO₃), bevor man sie zur Herstellung von Stickstoffdünger neutralisiert.

Quelle: Maurice Cosandey / Redaktion SimplyScience.ch