Nitrogen

Stickstoff steht an Position sieben des Periodensystems und wird durch das Symbol N dargestellt. Als Nichtmetall ist er das leichteste Element der 15. Gruppe, die als Pniktogene bezeichnet wird. In der Milchstraße und in unserem eigenen Sonnensystem ist er das siebthäufigste Element insgesamt. Unter Normalbedingungen verbinden sich zwei Stickstoffatome zu einem farb- und geruchlosen zweiatomigen Gas namens N₂. Dieses Gas macht etwa 78 Prozent der Erdatmosphäre aus, mehr als jeder andere chemische Stoff in der Luft. Da seine Verbindungen tendenziell flüchtig sind, ist Stickstoff in der festen Erdkruste eher selten. Der schottische Arzt Daniel Rutherford isolierte Stickstoff erstmals im Jahr 1772 und nannte ihn „schädliche Luft“. Etwa zur gleichen Zeit untersuchten Carl Wilhelm Scheele und Henry Cavendish ihn unabhängig voneinander. Im Jahr 1790 schlug der französische Chemiker Jean-Antoine-Claude Chaptal den Namen „nitrogène“ vor, da das Element in Salpetersäure und Nitraten vorkommt. Antoine Lavoisier bevorzugte „azote“, vom Griechischen für „ohne Leben“, weil das Gas Lebewesen erstickt. Dieser Name blieb in vielen Sprachen erhalten und taucht in englischen Begriffen wie Hydrazin, Aziden und Azoverbindungen auf. Der meiste kommerzielle Stickstoff wird aus der Luft mittels Druckwechseladsorption gewonnen. Etwa zwei Drittel dieser Produktion dienen als inertes, sauerstofffreies Gas für Anwendungen wie Lebensmittelverpackungen; der Großteil des Restes wird als flüssiger Stickstoff für die Kryotechnik verwendet. Stickstoff ist zentral für viele industrielle Verbindungen: Ammoniak, Salpetersäure, organische Nitrate (verwendet in Treib- und Sprengstoffen) und Cyanide. Die Dreifachbindung des N₂-Moleküls ist extrem stark – nur der von Kohlenmonoxid unter den zweiatomigen Molekülen unterlegen –, was die Umwandlung in nützliche Verbindungen sowohl für Organismen als auch für die Industrie erschwert. Doch genau diese Bindung bedeutet, dass das Verbrennen, Explodieren oder Zersetzen von Stickstoffverbindungen große Energiemengen freisetzt. Synthetisches Ammoniak und Nitrate sind wichtige Industriedüngemittel, und Düngernitrate sind bedeutende Schadstoffe, die Eutrophierung in Gewässern verursachen. Über Düngemittel und Energiespeicherung hinaus kommt Stickstoff in organischen Verbindungen vor, die von Aramiden (verwendet in hochfesten Textilien) bis zu Cyanoacrylat (der Basis von Sekundenkleber) reichen. Jeder lebende Organismus enthält Stickstoff, hauptsächlich in Aminosäuren (und damit Proteinen), Nukleinsäuren (DNA und RNA) und dem Energiemolekül Adenosintriphosphat. Der menschliche Körper besteht zu etwa 3 Prozent aus Stickstoff, gemessen an der Masse, was ihn zum vierthäufigsten Element nach Sauerstoff, Kohlenstoff und Wasserstoff macht. Der Stickstoffkreislauf beschreibt, wie sich das Element aus der Luft in die Biosphäre und organische Verbindungen und dann zurück in die Atmosphäre bewegt. Stickstoff ist ein Bestandteil jeder wichtigen Klasse von Arzneimitteln, einschließlich Antibiotika. Viele Medikamente sind Nachahmer oder Prodrugs von natürlichen stickstoffhaltigen Signalmolekülen: Beispielsweise regulieren die organischen Nitrate Nitroglycerin und Nitroprussid den Blutdruck, indem sie zu Stickstoffmonoxid verstoffwechselt werden. Andere bemerkenswerte stickstoffhaltige Arzneimittel – wie natürliches Koffein und Morphin oder synthetische Amphetamine – wirken auf Neurotransmitter-Rezeptoren von Tieren. Stickstoffverbindungen sind seit Jahrtausenden bekannt. Ammoniumchlorid war Herodot vertraut, und im Mittelalter waren Alchemisten mit Salpetersäure (die sie Aqua fortis, „starkes Wasser“, nannten) sowie Ammonium- und Nitratsalzen vertraut. Die Mischung aus Salpeter- und Salzsäure war als Aqua regia („Königswasser“) bekannt, geschätzt für ihre Fähigkeit, Gold aufzulösen. Das Element selbst wurde 1772 von dem schottischen Arzt Daniel Rutherford entdeckt, der es „schädliche Luft“ nannte. Obwohl er es nicht als eigenständiges chemisches Element erkannte, unterschied er es klar von Joseph Blacks „fixierter Luft“ (Kohlendioxid). Rutherford verstand, dass die Luft einen Bestandteil enthielt, der die Verbrennung nicht unterstützte, auch wenn ihm nicht bewusst war, dass es sich um ein Element handelte. Etwa zur gleichen Zeit untersuchten auch Carl Wilhelm Scheele, Henry Cavendish und Joseph Priestley es und bezeichneten es als „verbrannte Luft“ oder „phlogistisierte Luft“. Antoine Lavoisier nannte es „mephitische Luft“ oder „azote“, vom griechischen Wort für „ohne Leben“, weil es erstickt. In reinem Stickstoff starben Tiere und Flammen erloschen. Obwohl das Englische Lavoisiers Namen nicht übernahm – da alle Gase außer Sauerstoff entweder erstickend oder giftig sind –, blieb er in vielen Sprachen erhalten (Französisch, Italienisch, Portugiesisch, Polnisch, Russisch, Albanisch, Türkisch und andere; Deutsch „Stickstoff“ und Niederländisch „stikstof“ bedeuten ähnlich „erstickende Substanz“). Er überlebt auch in englischen Namen für Stickstoffverbindungen wie Hydrazin und Azide und inspirierte den Begriff „Pniktogene“ für die von Stickstoff angeführte Gruppe, vom Griechischen für „ersticken“. Das englische Wort „nitrogen“ (1794) stammt vom französischen „nitrogène“, das 1790 von Jean-Antoine-Claude Chaptal geprägt wurde. Er bildete es aus „nitre“ (Kaliumnitrat, auch Salpeter genannt) und dem Suffix „-gène“ („erzeugend“), vom griechischen „-genes“ („geboren“). Chaptal meinte damit, dass Stickstoff der wesentliche Bestandteil der Salpetersäure ist, die selbst aus Salpeter stammte. Früher wurde Salpeter mit dem ägyptischen „Natron“ (Natriumcarbonat) verwechselt, das im Griechischen νίτρον (nitron) genannt wurde, obwohl es trotz des Namens kein Nitrat enthielt. Die frühesten militärischen, industriellen und landwirtschaftlichen Verwendungen von Stickstoffverbindungen beruhten auf Salpeter (Natrium- oder Kaliumnitrat), insbesondere im Schießpulver.