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Was ist fester Stickstoff oder Stickstofffixierung?

Lebende Organismen benötigen Stickstoff, um Nukleinsäuren. Proteine ​​und andere Moleküle zu bilden. Das Stickstoffgas N 2 in der Atmosphäre ist jedoch für die meisten Organismen nicht verfügbar, da es schwierig ist, die Dreifachbindung zwischen Stickstoffatomen aufzubrechen. Stickstoff muss „fixiert“ oder in eine andere Form gebunden werden, damit Tiere und Pflanzen ihn verwenden können. Hier sehen Sie, was fester Stickstoff ist, und erklären verschiedene Fixierungsprozesse.

Fixierter Stickstoff ist Stickstoffgas N 2 , das in Ammoniak (NH 3 , ein Ammoniumion (NH 4 , Nitrat (NO 3 ) oder ein anderes Stickoxid) umgewandelt wurde, damit es von lebenden Organismen als Nährstoff verwendet werden kann. Stickstofffixierung ist eine Schlüsselkomponente des Stickstoffkreislaufs .

 

Wie wird Stickstoff fixiert?

Stickstoff kann über natürliche oder synthetische Prozesse fixiert werden. Es gibt zwei Schlüsselmethoden für die natürliche Stickstofffixierung:

  • Blitz
    Blitz liefert Energie, um Wasser (H 2 O) und Stickstoffgas (N 2 ) unter Bildung von Nitraten (NO 3 ) und Ammoniak (NH 3 ) zu reagieren . Regen und Schnee tragen diese Verbindungen an die Oberfläche, wo Pflanzen sie verwenden.
  • Bakterien
    Mikroorganismen, die Stickstoff binden, werden zusammen als Diazotrophe bezeichnet . Diazotrophe machen etwa 90% der natürlichen Stickstofffixierung aus. Einige Diazotrophe sind frei lebende Bakterien oder Blaualgen, während andere Diazotrophe in Symbiose mit Protozoen, Termiten oder Pflanzen existieren. Diazotrophe wandeln Stickstoff aus der Atmosphäre in Ammoniak um, das in Nitrate oder Ammoniumverbindungen umgewandelt werden kann. Pflanzen und Pilze verwenden die Verbindungen als Nährstoffe. Tiere erhalten Stickstoff, indem sie Pflanzen essen oder Tiere, die Pflanzen essen.

Es gibt mehrere Synthesemethoden zur Fixierung von Stickstoff:

    • Haber- oder Haber-Bosch-Verfahren
      Das Haber- oder Haber-Bosch-Verfahren ist die gebräuchlichste kommerzielle Methode zur Stickstofffixierung und Ammoniakproduktion. Die Reaktion wurde von Fritz Haber beschrieben, der ihm 1918 den Nobelpreis für Chemie einbrachte, und Anfang des 20. Jahrhunderts von Karl Bosch für den industriellen Einsatz angepasst. Dabei werden Stickstoff und Wasserstoff in einem Gefäß mit einem Eisenkatalysator erhitzt und unter Druck gesetzt, um Ammoniak zu erzeugen.
    • Cyanamid-Verfahren
      Das Cyanamid-Verfahren bildet aus Calciumcarbid, das in einer reinen Stickstoffatmosphäre erhitzt wird, Calciumcyanamid (CaCN 2 , auch als Nitrolim bekannt). Calciumcyanamid wird dann als Pflanzendünger verwendet.
    • Lichtbogenverfahren
      Lord Rayleigh entwickelte 1895 das Lichtbogenverfahren und war damit die erste Synthesemethode zur Fixierung von Stickstoff. Der Lichtbogenprozess bindet Stickstoff in einem Labor auf die gleiche Weise, wie ein Blitz Stickstoff in der Natur bindet. Ein Lichtbogen reagiert in Luft mit Sauerstoff und Stickstoff zu Stickoxiden. Die mit Oxid beladene Luft wird durch Wasser geblasen, um Salpetersäure zu bilden .

 

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