Een serie artikelen over de verschillende elementen. De legoblokjes waarmee wijzelf, onze aarde en de materie van het universum is opgebouwd hebben allemaal hun eigen specifieke eigenschappen. In deze serie gaan we stap voor stap langs elk element en kijken we wat voor zinvolle zaken de wikipedia erover te zeggen heeft, met daarnaast een interessant filmpje van de universteit van Nottingham waarmee verschillende experimenten met het betreffende element worden gedaan.
Vandaag nummer 7 van de 118 elementen, Stikstof (N)
Waar is stikstof te vinden?
Stikstof komt veel voor in het universum, zij het niet zoveel als koolstof of zuurstof: op elk stikstofatoom zijn er tien zuurstofatomen en vijf koolstofatomen. Op aarde bestaat onze atmosfeer voor 78% uit moleculaire stikstof (N2). Erg veel moeite hoeven we dus niet te doen om stikstof te winnen: het koelen van lucht en fractionele distillatie is voldoende.Verder komt stikstof veel voor in levende wezens: stikstof is een essentieel onderdeel van aminozuren, de bouwstenen van eiwitten. Buiten de aarde is de atmosfeer van Venus en interessante stikstofbron. De atmosfeer van onze zusterplaneet bestaat voor plm. 2% uit stikstof, maar omdat de gasdruk op Venus zo’n 95 atmosfeer is, vertegenwoordigt dit toch ruim twee keer zoveel stikstof als op aarde. Verder zijn de gas- en ijsreuzen interessante stikstofbronnen. Stikstofgeisers op de Neptunusmaan Triton verraadden een zee van vloeibaar stikstof.
Wat zijn de eigenschappen van stikstof?
Bij kamertemperatuur is moleculaire stikstof een gas. Pas bij temperaturen onder de 77 kelvin (bijna 200 graden onder nul dus) verandert stikstof in een vloeistof. De (drievoudige) binding tussen twee stikstofatomen is extreem sterk. Stikstof heeft drie ongepaarde elektronen, waarmee het drie covalente bindingen kan vormen, maar gezien de sterkte van de N≡N binding reageert moleculaire stikstof moeilijk op kamertemperatuur. Organismen zoals Rhizobium bacteriën en mensen moeten dan ook erg veel moeite doen om deze binding los te wrikken. Met metalen vormt stikstof bij hoge temperatuur nitriden. Met zuurstof stikstofoxiden, nitrieten en nitraten. In combinatie met koolstof en waterstof ontstaan amines, als er aan de koolwaterstof ook een zuurgroep (COOH) komt te hangen, ontstaan aminozuren, die essentieel zijn voor de vorming van aards leven.
Toepassingen
De toepassing van stikstofverbindingen is bijzonder groot. Ammoniumverbindingen en nitraten zijn belangrijke kunstmeststoffen. Ammoniumnitraat zelf is naast een kunstmeststof in combinatie met een koolwaterstof zoals dieselolie of kerosine als koolstofbron een veelgebruikt, goedkoop explosief. Nitraten zijn ook een onderdeel van buskruit en nitroglycerine, het product van de reactie tussen glycerine en nitreerzuur (salpeterzuur plus zwavelzuur) is een bekend explosief. Cyanides worden gebruikt in de mijnbouw voor het uitlogen van goud. Ammonia is bekend als schoonmaakmiddel. Ammoniak is de basis voor de productie van salpeterzuur. Aniline, een organische verbinding met een -NH2 groep, is de basis voor de chemie van veel kleurstoffen. Stikstofoxide NO speelt een grote rol als neurotransmitter, dat wil zeggen in het doorgeven van signalen van de ene zenuwcel naar de andere. Bovendien wordt vloeibare stikstof ook gebruikt in de computerwereld om zeer extreme overklok-resultaten te behalen.
Ook in de vorm distikstof of N2 is stikstof erg interessant voor de industrie.