Entdeckungsgeschichte
Stickstoff / Nitrogenium (N), 7
| Aussehen |
Flüssiger Stickstoff. Unter Normalbedingungen — farb-, geruch- und geschmackloses Gas. |
| Atomeigenschaften |
| Name, Symbol, Ordnungszahl |
| Atommasse (molare Masse) | 14,00674 u (g/mol) |
| Elektronenkonfiguration | [He] 2s2 2p3 |
| Atomradius | 92 pm |
| chemische Eigenschaften |
| Kovalenter Radius | 75 pm |
| Ionenradius | 13 (+5e) 171 (-3e) pm |
| Elektronegativität | 33,04 (Pauling-Skala) |
| Oxidationszustände | 5, 4, 3, 2, 1, 0, −1, −3 |
| Ionisierungsenergie | 1401,5 (14,53) kJ/mol (eV) |
| thermodynamische Eigenschaften des Elementarstoffs |
| Dichte (unter Normalbedingungen) | 0,808 g/cm3 (−195,8 °C); unter Normalbedingungen 0,001251 g/cm3 |
| Schmelzwärme | 29,125(gasförmig N2) 0,720 J/(K mol) |
| Siedepunkt | 77,4 K |
| Verdampfungswärme | 0,904 kJ/mol |
| Molare Wärmekapazität | 29,125(gasförmig N2) J/(K mol) |
| Molares Volumen | 17,3 cm3/mol |
| Kristallstruktur des Elementarstoffs |
| Gitterstruktur | kubisch |
| Gitterparameter | 5,661 Å |
| sonstige Eigenschaften |
| Wärmeleitfähigkeit | (300 K) 0,026 W/(m К) |
1772 hat Henry Cavendish folgenden Versuch durchgeführt: mehrmals leitete er Luft über glühende Kohle und behandelte sie danach mit Alkalien, den erhaltenen Rest nannte Cavendish erstickende (oder mephistische) Luft. Aus der Sicht moderner Chemie ist es klar, dass sich der Luftsauerstoff in der Reaktion mit glühender Kohle zu Kohlendioxid verbunden hatte, das danach von Alkali adsorbiert wurde. Dabei war das Restgas größtenteils Stickstoff. Also hat Cavendish Stickstoff ausgeschieden, konnte aber nicht erkennen, dass das ein neuer Elementarstoff (chemisches Element) ist. In demselben Jahr berichtete Cavendish über seinen Versuch Joseph Priestley.
Priestley führte in dieser Zeit eine Reihe von Experimenten durch, bei denen er ebenfalls Luftsauerstoff gebunden und das gewonnene Kohlendioxid entfernt hatte, das heißt auch Stickstoff erzeugt. Da er aber Anhänger der damals herrschenden Phlogiston-Theorie war, interpretierte er irrig die erreichten Ergebnisse. Nach seiner Meinung war das ein umgekehrter Prozess: nicht Sauerstoff wurde aus der Gasmischung entfernt, sondern umgekehrt, durch Erhitzen mit Kohle wurde Phlogiston wieder der Luft zugeführt; die verbliebene Luft (Stickstoff) nannte er phlogistonreiche (d.h. phlogistierte) Luft.
Offensichtlich konnte auch Priestley, obwohl er Stickstoff ausgeschieden hat, das Wesen seiner Entdeckung nicht verstehen, daher gilt er nicht als Stickstoffentdecker.
Gleichzeitig führte Karl Wilhelm Scheele ähnliche Versuche mit gleichem Ergebnis durch.
1772 beschrieb Daniel Rutherford Stickstoff als ein Elementarstoff (unter dem Namen „verdorbene Luft“). Er veröffentlichte seine Magisterdissertation, in der die Haupteigenschaften von Stickstoff angegeben wurden (reagiert nicht mit Alkalien, unterstützt nicht das Verbrennen, untauglich zum Atmen). Daher gilt Rutherford als Entdecker des Elements Stickstoff. Aber auch Rutherford war ein Anhänger der Phlogiston-Theorie, konnte deswegen auch nicht erkennen, was er eigentlich ausgeschieden hatte. Darüber hinaus ist es schwer, den Stickstofferfinder genau zu bestimmen.
Ferner wurde Stickstoff von Henry Cavendish untersucht. Es ist merkenswert, dass es ihm gelang, Stickstoff mit Sauerstoff mittels Elektrostrom-Entladung zu verbinden. Nach der Adsorption von Stickstoffoxiden erhielt er eine Kleinmenge von absolut trägem Gas als Restmenge, aber wie im Fall mit Stickstoff konnte nicht erkennen, dass er ein neues chemisches Element — das Inertgas Argon abgeschieden hatte.
Hauptanwendungen
Chemische und erdölchemische Industrie
Stickstoff wird zur Erzeugung der Schutzgasatmosphäre zwecks Vorbeugung einer Reaktion zwischen chemischen Elementen und dem Sauerstoff sowie zur Sicherung von fertigungstechnischen Prozessen eingesetzt. Stickstoff findet seine Anwendung beim Transport von chemischen Produkten sowie bei der Erzeugung von Ammoniak. Mögliche Anwendungsbereiche von Stickstoff sind das Ausblasen von Rohrleitungen und technologischen Behältern, das Abtrocknen, die Regeneration von Katalysatoren.
Erdöl- und Erdgas-Industrie
Stickstoff wird bei der Erdöl- und Erdgasgewinnung zur Aufrecherhaltung des in-situ Drucks und Erhöhung der Produktgewinnung eingesetzt. Dieses Edelgas wird zur Erzeugung eines Inertgaspolsters zum vorbeugenden Brand- und Explosionsschutz von technologischen Behältern sowie bei Be- und Entladungsarbeiten breit verwendet.
Stickstoff findet den Einsatz zur Aufrechterhaltung eines bestimmten Drucks in Erdöl- und Erdgasbehältern, zur Reinigung von technologischen Behältern in Gastankern und Speicheranlagen für Aufbewahren von verflüssigtem Erdgas, zum Ausblasen von Rohrleitungen.
Metallurgie
Stickstoff wird als Schutzgas beim Glühen von Eisen- und Nichteisenmetallen eingesetzt. Des Weiteren wird er in solchen Prozessen eingesetzt, wie neutrales Härten, Entspannungsglühen, Aufkohlung, Karbonitrieren, Hartlöten, Sintern, Abkühlung der Extrudiermatrize.
Pharmazie
Stickstoff wird zum Schutz von Behältern, Aufbewahren von Rohstoffe und Produkte, Transport von chemischen Produkten und Verpacken von medizinischen Präparaten verwendet.
Elektronik
Vorbeugung der Oxidation bei der Produktion von Halbleitern und Schaltkreisen, Ausblasen und Reinigung sind die wichtigsten Anwendungsbereiche von Stickstoff in der Elektronikindustrie.
Glasindustrie
Mithilfe von Stickstoff werden in dieser Branche die Elektroden von Lichtbogenöfen abgekühlt. Außerdem wird er zum Schutz vor Oxidation währen der Produktion und zur Absenkung der Lufttemperatur eingesetzt.
Abfallfaufbereitung
Hauptanwendungen sind Abfalltransport und Abdeckung von Silos mit Stickstoff.
