Stikstof (element)

Portaal Scheikunde
Chemisch element

Vloeibaar stikstof
Naam	Stikstof / Nitrogenium (Latijn)
Latijn
Symbool	N
Atoomnummer	7
Soort	Gas
Kleur	Kleurloos
Smeltpunt	− 210 ^oC
Kookpunt	− 195,8 ^oC

Stikstof is het chemisch element met het symbool N en atoomnummer 7. Bij kamertemperatuur is het een gas. Je kunt het niet ruiken, zien of proeven. Stikstof kun je heel koud maken. Dan wordt het vloeibaar. Je kunt het dan gebruiken om iets af te koelen. Stikstof is het lichtste lid van groep 15 van het periodiek systeem, vaak de pnictogenen genoemd.

Voorkomen

Het is een veel voorkomend element in het heelal, geschat op ongeveer een zevende deel van de totale 'sfeer' in de Melkweg en het zonnestelsel. De lucht die je dagelijks inademt bestaat (naast zuurstof) voor 78% uit stikstof (di-stikstof). Zolang er ook genoeg zuurstof in de lucht zit (21%), is er niks aan de hand. Onvoldoende zuurstof betekent dat er minder dan 18 % zuurstof in de lucht aanwezig is (bijvoorbeeld als je met veel mensen in een afgesloten ruimte zit). De ramen van je klaslokaal regelmatig openzetten is dus belangrijk.

Modellen van stikstof en enkele stikstofverbindingen

Di-stikstof molecuul, met 2 stikstof atomen
Amonium molecuul (NH₄), met 1 stikstof (blauw) en 4 waterstof (wit) atomen
Stikstof-mono-oxide molecuul (NO), met 1 stikstof (blauw) en 1 zuurstof (rood) atoom, een belangrijke neurotransmitter
Salpeterzuur-molecuul (HNO₃), met 1 waterstof (wit), 1 stikstof (blauw) en 3 zuurstof (rood) atomen
Ammoniak molecuul (NH₃), met 1 stikstof atoom (blauw) en 3 waterstof atomen (wit), een kleurloos gas dat sterk ruikt.
Salmiak (NH₄CL) molecuul, met stikstof atoom (blauw), 4 waterstof atomen (wit), omgeven door 8 chloor atomen (groen)

Geschiedenis

Het werd voor het eerst ontdekt en geïsoleerd (afgezonderd) door de Schotse arts Daniel Rutherford in 1772. Hoewel Carl Wilhelm Scheele en Henry Cavendish dit ongeveer tegelijkertijd onafhankelijk hadden gedaan, wordt Rutherford over het algemeen aangewezen als de ontdekker omdat zijn beschrijving als eerste werd uitgebracht. De naam nitrogène werd in 1790 voorgesteld door de Franse chemicus Jean-Antoine-Claude Chaptal toen bleek dat stikstof ook aanwezig was in salpeterzuur en nitraten. Antoine Lavoisier stelde voor om in plaats daarvan de naam azote, van het oude Grieks: ἀζωτικός "geen leven" te gebruiken, omdat het een verstikkend gas is. Deze naam wordt in plaats van nitrogène gebruikt in vele talen, zoals Frans, Italiaans, Russisch, Roemeens, Portugees en Turks , en komt voor in de Engelse namen van sommige stikstofverbindingen zoals hydrazine, aziden en azoverbindingen.

Gebruik

Veel industrieel belangrijke verbindingen, zoals ammoniak, salpeterzuur, organische nitraten (drijfgassen en explosieven), en cyaniden (giffen), bevatten stikstof. De heel sterke drievoudige binding in elementaire stikstof (N≡N), ofwel di-stikstof, de op één na sterkste binding in elk di-atomisch (twee-atomig) molecuul na koolmonoxide (CO), komt heel veel voor in de stikstofchemie. Dit veroorzaakt problemen voor zowel organismen (dieren en planten) en het bedrijfsleven. Het omzetten van deze vorm van di-atomisch N₂ in bruikbare verbindingen gaat namelijk lastig, maar betekent tegelijkertijd dat bij het verbranden, exploderen of ontbinden van stikstofverbindingen om stikstofgas te vormen, grote hoeveelheden vaak bruikbare energie vrijkomt. Synthetisch (kunstmatig samenvoegen) gemaakte ammoniak en nitraten zijn belangrijke industriële meststoffen, en kunstmest-nitraten zijn belangrijke verontreinigende stoffen die in waterzuiverings-installaties lastig te verwijderen zijn. Ammoniumchloride (NH₄Cl) is het ammoniumzout van waterstofchloride (HCl). Het is ook bekend onder de naam salmiak. Dit zit in salmiakdrop.

Biologie

Stikstof kringloop

Bij kamertemperatuur vormen twee atomen van het element stikstof dus een verbinding: di-stikstof. Dit is een kleurloos en reukloos twee-atomig gas met de formule N₂. Di-stikstof vormt ongeveer 78% van de atmosfeer van de aarde, waardoor het het meest voorkomende niet-gecombineerde chemische element is. Stikstof komt voor in alle organismen, voornamelijk in zogeheten aminozuren (en dus eiwitten), in de nucleïnezuren (DNA en RNA) en in het energie-overdrachts-molecuul adenosinetrifosfaat. Het menselijk lichaam bevat ongeveer 3% stikstof, het vierde meest voorkomende element in het lichaam na zuurstof, koolstof en waterstof.

Ook in de urine (plas) van mens en dier zit de nodige stikstof. Behalve water zitten er als stikstofhoudende stoffen er onder andere ureum (NH₂)₂CO, ammoniak (NH₃) en urinezuur (C₅H₄N₄O₃) in.

De stikstof-cyclus beschrijft de beweging van het element stikstof vanuit de lucht of atmosfeer, naar de biosfeer (omgeving voor mens, plant en dier) en organische verbindingen, en vervolgens terug naar de atmosfeer.

Afgezien van het gebruik in meststoffen (dierlijke mest en kunstmest) en energieopslag (batterij), is stikstof een bestanddeel van organische verbindingen. Die organische verbindingen komen in vele vormen voor: van Kevlar dat wordt gebruikt in sterk weefsel zoals kogelwerende vesten en cyanoacrylaat dat wordt gebruikt in superlijm. Stikstof is een bestanddeel van alle belangrijke geneesmiddelenklassen, inclusief antibiotica. Veel medicijnen zijn chemisch nagemaakte vormen van natuurlijke stikstofbevattende stoffen uit bijvoorbeeld planten. De organische nitraten nitroglycerine en nitroprusside regelen bijvoorbeeld je bloeddruk. Veel opmerkelijke stikstofbevattende medicijnen, zoals de natuurlijke cafeïne (uit de koffieboon) en morfine (opium- of papaverplant) of de synthetische amfetaminen (middel wat verlichting geeft bij astma en bronchitis, bloeddrukverhoger), werken in op de receptoren van dierlijke neurotransmitters. Dat zijn de uitsteeksels van zenuwcellen die vanuit of naar je lijf signalen doorgeven aan/van de hersenen. Hoewel stikstof-oxide ook een belangrijke stof is als neurotransmitter, is het helaas ook een sterke luchtverontreiniger die vrijkomt bij verbranding van fossiele brandstoffen zoals benzine. In Nederland hebben we daar veel last van. De landbouw in Nederland is met 42% de grootste bron van vervuiling door stikstofneerslag en -afzetting. Ammoniak verdwijnt in de lucht en in de bodem (bodemverzuring) en draagt bij aan de vorming van fijnstof, dat schadelijk is voor de longen en luchtwegklachten geeft. Ook zorgt het voor een te snelle groei van onkruiden (zeg maar verkeerde, niet gewenste planten) in de natuur, vooral de natura 2000 gebieden. Er moet een rem komen op de stikstof uitstoot. Dit alles bij elkaar noemen we de stikstofcrisis.

Veiligheid

Veel stikstofverbindingen zijn gevaarlijk. Ze kunnen makkelijk in de brand vliegen, bijtend zijn of kunnen zelfs ontploffen (exploderen). Stikstofverbindingen kunnen slecht zijn voor het milieu en kunnen zelfs dodelijk zijn voor plant, dier en mens.

Makkelijk ontvlambare stof
Bijtende stof
Explosieve stof
De stof geeft milieuvervuiling
De stof kan dodelijk zijn

Toepassingen

Stikstofverbindingen worden op veel manieren toegepast. Zoals gezegd zijn Ammoniumverbindingen en nitraten belangrijke kunstmeststoffen. Sommige stikstofverbindingen kunnen als explosief in bijvoorbeeld vuurwerk gebruikt worden. Nitraten zijn onderdeel van buskruit. Cyaniden worden gebruikt in de mijnbouw voor het uitlogen (vrijmaken) van goud. Ammoniak is de basis voor het maken van salpeterzuur. De stank die er van af komt ruik je ook nog wel eens rond kippenstallen. Ammonia is bekend als schoonmaakmiddel. Aniline, is de basis voor de chemie van veel kleurstoffen. Vloeibare stikstof (LN2) wordt gebruikt om zeer hoge kloksnelheden te behalen bij computer-hardware. Een andere toepassing van vloeibare stikstof is het behandelen (stippen) van wratten.