Stikstof (element)
English: Nitrogen

Zie artikelVoor het artikel over de crisis die in Nederland is ontstaan door een uitspraak van de Raad van State, zie stikstofcrisis; Voor de reeds langere problemen rond de uitstoot van stikstof zie stikstofproblematiek
Stikstof / Nitrogenium
118
1H2Periodiek systeem1314151617He
2LiBeBCNOFNe
3NaMg3456789101112AlSiPSClAr
4KCaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeBrKr
5RbSrYZrNbMoTcRuRhPdAgCdInSnSbTeIXe
6CsBaHfTaWReOsIrPtAuHgTlPbBiPoAtRn
7FrRa↓↓RfDbSgBhHsMtDsRgCnNhFlMcLvTsOg
 
LanthanidenLaCePrNdPmSmEuGdTbDyHoErTmYbLu
ActinidenAcThPaUNpPuAmCmBkCfEsFmMdNoLr
vloeibare stikstof
vloeibare stikstof
Algemeen
NaamStikstof / Nitrogenium
SymboolN
Atoomnummer7
GroepStikstofgroep
PeriodePeriode 2
BlokP-blok
ReeksNiet-metalen
KleurKleurloos
Chemische eigenschappen
Atoommassa (u)14,0067
Elektronenconfiguratie[He]2s2 2p3
Oxidatietoestanden−3 - +5
Elektronegativiteit (Pauling)3,04
Atoomstraal (pm)70
1e ionisatiepotentiaal (kJ·mol−1)1402,34
2e ionisatiepotentiaal (kJ·mol−1)2856,11
3e ionisatiepotentiaal (kJ·mol−1)4578,19
Fysische eigenschappen
Dichtheid (kg·m−3)1,2506
Smeltpunt (K)63,3
Kookpunt (K)77,4
AggregatietoestandGas
Smeltwarmte (kJ·mol−1)0,36
Verdampingswarmte (kJ·mol−1)2,79
Van der Waalse straal (pm)155
KristalstructuurHex
Molair volume (m3·mol−1)17,3
Geluidssnelheid (m·s−1)333,6
Specifieke warmte (J·kg−1·K−1)1040
Warmtegeleiding (W·m−1·K−1)0,0258
SI-eenheden en standaardtemperatuur en -druk worden gebruikt,
tenzij anders aangegeven
Portaal  Portaalicoon  Scheikunde

Stikstof is een scheikundig element met symbool N en atoomnummer 7. Stikstof is een niet-metaal uit de stikstofgroep (groep 15). Losse atomen van dit element zijn zeer reactief en verbinden zich direct met andere stikstofatomen. Hierbij wordt meestal distikstof gevormd (N2 of moleculaire stikstof), wat de gangbare verschijningsvorm van stikstof is. Op kamertemperatuur verkeert N2 in gasvorm.

Lucht bestaat grotendeels uit distikstof (stikstofgas), en verder voornamelijk uit dizuurstof (zuurstofgas) . De term stikstof komt voort uit het gevaar van een nog hogere concentratie van distikstof, zodat er te weinig dizuurstof is, waardoor men kan stikken.[1]

In de context van milieuvervuiling worden met "stikstof" voornamelijk ammoniak en stikstofoxiden bedoeld.[2]

De Latijnse naam voor stikstof is nitrogenium, de Grieken noemen het nitron.

Losse atomen stikstof worden ook wel in statu nascendi genoemd.

Ontdekking

Verbindingen van stikstof zoals salpeter waren al in de oudheid bekend. De alchemisten kenden salpeterzuur onder de naam aqua fortis, sterk water. Het mengsel van salpeterzuur en zoutzuur was bekend onder de naam aqua regia (Lat.: koningswater), omdat het in staat was zelfs goud, de 'koning der metalen', in oplossing te doen gaan. Het element zelf werd ontdekt door Daniel Rutherford in 1772. Hij noemde het noxious air, schadelijke lucht, omdat een vlam er in dooft. Rond dezelfde tijd bestudeerden ook Carl Wilhelm Scheele, Henry Cavendish en Joseph Priestley stikstof onder benamingen als verbrande lucht en gedephlogistiseerde lucht. De Nederlandse benaming stikstof wijst op het feit dat het gas dieren doet stikken.

Toepassingen

Stikstofverbindingen worden bijzonder veel toegepast. Ammoniumverbindingen en nitraten zijn belangrijke kunstmeststoffen. Ammoniumnitraat is naast kunstmeststof in combinatie met een koolwaterstof zoals dieselolie of kerosine als koolstofbron een veelgebruikt, goedkoop explosief. Nitraten zijn onderdeel van buskruit en nitroglycerine, het product van de reactie tussen glycerine en nitreerzuur (salpeterzuur plus zwavelzuur), is een bekend explosief. Cyaniden worden gebruikt in de mijnbouw voor het uitlogen van goud. Ammoniak is de basis voor de productie van salpeterzuur. Ammonia is bekend als schoonmaakmiddel. 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. Vloeibare stikstof (LN2) wordt gebruikt door overklokkers om zeer hoge kloksnelheden te behalen bij computerhardware. Een andere toepassing van vloeibare stikstof is het behandelen (stippen) van wratten.

Stikstofchemie

Stikstof is een niet-metaal uit de stikstofgroep en een reukloos en kleurloos gas dat 78% van de aardatmosfeer uitmaakt. Het gas bestaat uit twee-atomige moleculen N2 met een drievoudige binding, die het molecuul een grote stabiliteit verleent.

1rightarrow blue.svg Voor de meest gangbare eigenschappen en toepassingen van stikstofgas, zie het artikel over distikstof

Stikstof heeft een bijzonder rijke en belangrijke chemie, hoewel het zelf niet gemakkelijk met andere elementen reageert. Magnesium is daar bijvoorbeeld een uitzondering op. Wanneer dit metaal eenmaal ontstoken is, brandt het ook in pure stikstof door onder de vorming van een nitride:

3Mg + N2 ⇒ Mg3N2

In dit geval treedt het element dus op als de redelijk sterke oxidator die het potentieel is.Stikstof heeft een configuratie 2s22p3, waarbij drie elektronen ontbreken aan de [Ne] configuratie. In zijn verbindingen kan het element een aantal verschillende oxidatietoestanden aannemen. Wanneer het een nitride vormt neemt het drie elektronen op om de [Ne] configuratie te vormen. Het oxidatiegetal is dan −3. Het kan echter ook als reductor optreden en ofwel 3 ofwel 5 elektronen afstaan.

Er zijn stabiele nitriden bekend van vele metalen, hoewel ze soms niet gemakkelijk te synthetiseren zijn. Een nitride dat onlangs erg in de belangstelling gekomen is is dat van gallium GaN. Dit materiaal is een halfgeleider met een vrij grote bandgap, die als LED gebruikt wordt om ultraviolet en blauw licht te produceren. Het materiaal kan met speciale molecular beam technologie als eenkristallen laagjes gegroeid worden. Met boor is boornitride bekend dat een variant van de diamant structuur heeft, bijna even hard is als diamant en tot bijzonder hoge temperaturen stabiel is.

Met water vormt zich uit magnesiumnitride ammoniak.

Mg3N2 + 3H2O ⇒ 2NH3 +3MgO

Ammoniak is zelf een Lewisbase. Dit gas is erg goed oplosbaar in water en vormt daarin een base, ammonia: NH4OH. Deze Brønstedt base is niet erg stabiel, maar vormt wel de grondslag voor een klasse zouten, de ammoniumverbindingen. Het ammonium ion NH4+ gedraagt zich in vele opzichten als een lid van de alkalimetaal familie. Ammoniumzouten zijn in het algemeen goed oplosbaar.

Met een alkalimetaal als Natrium treedt ammoniak eerder als een zuur op en onder vrijkomen van waterstof vormt er zich een amide NaNH2.

2Na + 2NH3 ⇒ 2Na+ + 2NH2 + H2

Ammoniak wordt direct uit stikstof en waterstof vervaardigd via het Haber-Boschproces.

Oxidatiegetal +III

Een voorbeeld van deze toestand is het zure oxide N2O3, dat de grondslag vormt van HNO2, salpeterigzuur en de daarvan afgeleide zouten, de nitrieten, zoals kaliumnitriet KNO2

Oxidatiegetal +V

In deze toestand valt het atoom terug op de heliumconfiguratie. Een voorbeeld is het pentoxide: N2O5, dat niet bijster stabiel is maar met water salpeterzuur HNO3 dat de grondslag is voor de nitraten. Nitraten zijn in het algemeen goed oplosbare zouten.

Andere verbindingen

Naast stikstoftrioxide N2O3 en stikstofpentoxide N2O5 bestaan er nog andere oxiden: lachgas N2O, stikstofmonoxide NO en stikstofdioxide NO2 (ook wel N2O4). Zowel stikstofmonoxide NO en stikstofdioxide NO2 zijn bijzonder omdat ze radicalen zijn, dat wil zeggen moleculen met een elektron met ongepaarde spin. Meestal zijn radicalen dusdanig reactief dat zij slechts zeer kortlevende tussenproducten in een reactie vormen, maar soms kunnen zij stabiel genoeg zijn om geïsoleerd te worden.

Soms kan stikstof in dezelfde verbinding in twee verschillende toestanden voorkomen. Dit wordt een mixed valence verbinding genoemd, een verbinding met gemengde valenties.Een voorbeeld is ammoniumnitraat NH4NO3 met zowel −3 and +5. Er zijn andere stikstofverbindingen waar de oxidatietoestand niet in het bovenstaande, vereenvoudigde schema past. Een goed voorbeeld zijn de aziden, zouten met het lineaire ion N3. Dit ion is iso-elektrisch met kooldioxide CO2. Een cyanide is een verbinding met het anion CN. Dit anion is iso-elektrisch met koolmonoxide CO. Het cyanide ion vormt zouten met vele metalen, hun chemie heeft overeenkomsten met de zouten van de halogenen.Ook voor een verbinding als hydrazine N2H4 ligt het minder eenvoudig met de oxidatietoestand. Dit molecuul bevat een enkele N-N binding en we kunnen het als een voorbeeld van oxidatiegetal −2 zien.

Organische chemie van stikstof

Stikstof-stikstof bindingen en - nog meer - stikstof-koolstof bindingen die tot ketenvorming leiden zijn bijzonder algemeen en vormen een belangrijk deel van de organische chemie, maar ook van de biochemie. Stikstof is een bijzonder essentieel element voor het leven op aarde. Alle eiwitten bevatten stikstof omdat zij uit aminozuren bestaan. Ook een nucleïnezuur, waaruit DNA en RNA bestaan, bevat stikstof. De binding van stikstof vanuit de lucht kan door sommige organismen tot stand gebracht worden, namelijk de stikstofbindende bacteriën. Vlinderbloemige planten zoals soja en boon leven in symbiose met deze organismen, die in de wortelknolletjes op de plantenwortels zitten. Alle andere planten moeten echter de noodzakelijke stikstof verbindingen uit de grond opnemen die daar via bemesting in terecht moet komen. De stikstofkringloop is een belangrijk onderdeel van de biologie.

Verschijning

Moleculaire stikstof vormt 78% van de dampkring van de aarde. Daarnaast komen stikstofverbindingen als mineralen voor, zoals salpeter. Vaak zijn stikstofhoudende afzettingen van organische herkomst, zoals de guano (vogelpoep). Ook de mest van andere dieren zoals de varkens van bepaalde streken in Nederland bevat stikstof in overvloed.

Isotopen

1rightarrow blue.svg Zie Isotopen van stikstof voor het hoofdartikel over dit onderwerp.
Meest stabiele isotopen
IsoRA (%)HalveringstijdVVVE (MeV)VP
13Nsyn9,965 minβ+2,22013C
14N99,634stabiel met 7 neutronen
15N0,366stabiel met 8 neutronen
16Nsyn7,13 sβ10,41916O

Er zijn twee stabiele isotopen 14N en 15N. Het laatste is vrij zeldzaam, slechts 0,36% van het natuurlijke element bestaat eruit. Isotopenvervanging door 15N wordt wel toegepast in het ontrafelen van infrarood spectra van organische en biologische verbindingen en in de toepassing van NMR.

Toxicologie en veiligheid

Bij het gebruik van vloeibare stikstof moet men oppassen voor cryogene brandwonden en voor verstikking. Door de toenemende hoeveelheid stikstof in de lucht zal de fractie zuurstof kleiner worden, wat verstikking tot gevolg kan hebben. Een bijkomend gevaar is dat zuurstoftekort vaak niet op tijd opgemerkt wordt, dus goede ventilatie is essentieel. Ook moet voorkomen worden dat vloeibare stikstof te lang zuurstof uit de lucht kan condenseren: er blijft dan een residu met een grote hoeveelheid vloeibare zuurstof, een zeer krachtig oxiderende stof.

Nitraten en nitrieten zijn bij verhitting niet stabiel en kunnen tot explosies leiden; dat is vooral zo voor ammoniumnitraat. Deze stof heeft bovendien de neiging onder invloed van vocht uit de lucht een vaste koek te vormen. Bij het verhelpen van dat probleem moet men rekening houden met het ontploffingsgevaar.

Cyaniden zijn bijzonder giftige verbindingen. Waterstofcyanide is wel gebruikt voor executies van ter dood veroordeelden. Salpeterzuur is niet alleen een erg sterk zuur maar ook een sterke oxidator. Contact met de huid moet vermeden worden.

Natuur en milieu

Overmatige bemesting met stikstofverbindingen kan tot problemen in de rivieren en natuurgebieden leiden. Op Europese en nationale schaal is er beleid ontwikkeld om uitstoot van stikstof door verkeer, industrie en landbouw terug te brengen. Zo is er onder meer de Nitraatrichtlijn, een Europese richtlijn die is bedoeld om het stikstofgebruik in de landbouw te reguleren en vervuiling van oppervlaktewater en grondwater (eutrofiëring) te voorkomen.[bron?]

Externe links

In andere talen
Afrikaans: Stikstof
Alemannisch: Stickstoff
አማርኛ: ናይትሮጅን
aragonés: Nitrochén
العربية: نيتروجين
অসমীয়া: নাইট্ৰ'জেন
asturianu: Nitróxenu
azərbaycanca: Azot
تۆرکجه: نیتروژن
башҡортса: Азот
žemaitėška: Azuots
беларуская: Азот
беларуская (тарашкевіца)‎: Азот
български: Азот
भोजपुरी: नाइट्रोजन
བོད་ཡིག: ཟེ་རླུང་།
brezhoneg: Nitrogen
bosanski: Dušik
català: Nitrogen
Mìng-dĕ̤ng-ngṳ̄: Dâng
Cebuano: Nitroheno
ᏣᎳᎩ: ᎾᎢᏠᏤᏂ
کوردی: نایترۆجین
corsu: Azotu
qırımtatarca: Azot
čeština: Dusík
Чӑвашла: Азот
Cymraeg: Nitrogen
dansk: Kvælstof
Deutsch: Stickstoff
Ελληνικά: Άζωτο
English: Nitrogen
Esperanto: Nitrogeno
español: Nitrógeno
eesti: Lämmastik
euskara: Nitrogeno
فارسی: نیتروژن
suomi: Typpi
føroyskt: Køvievni
français: Azote
Nordfriisk: Stikstoof
furlan: Azôt
Frysk: Stikstof
Gaeilge: Nítrigin
贛語:
kriyòl gwiyannen: Azòt
Gàidhlig: Naitridean
galego: Nitróxeno
ગુજરાતી: નાઇટ્રોજન
Gaelg: Neetragien
客家語/Hak-kâ-ngî: Tham
Hawaiʻi: Naikokene
עברית: חנקן
हिन्दी: नाइट्रोजन
Fiji Hindi: Nitrogen
hrvatski: Dušik
hornjoserbsce: Dusyk
Kreyòl ayisyen: Azòt
magyar: Nitrogén
հայերեն: Ազոտ
Արեւմտահայերէն: Բորակածին
interlingua: Nitrogeno
Bahasa Indonesia: Nitrogen
Ilokano: Nitroheno
Ido: Nitro
íslenska: Köfnunarefni
italiano: Azoto
日本語: 窒素
Patois: Naichojen
la .lojban.: trano
Jawa: Nitrogen
ქართული: აზოტი
Kabɩyɛ: Azɔɔtɩ
Gĩkũyũ: Nitrogen
қазақша: Азот
ಕನ್ನಡ: ಸಾರಜನಕ
한국어: 질소
Ripoarisch: Stickstoff
kurdî: Nîtrojen
коми: Азот
Кыргызча: Азот
Latina: Nitrogenium
Lëtzebuergesch: Stéckstoff
лезги: Азот
Limburgs: Stikstof
Ligure: Azoto
lumbaart: Azoto
lingála: Azoti
lietuvių: Azotas
latviešu: Slāpeklis
Māori: Hauota
македонски: Азот
മലയാളം: നൈട്രജൻ
монгол: Азот
मराठी: नत्रवायू
кырык мары: Азот
Bahasa Melayu: Nitrogen
Malti: Ażotu
မြန်မာဘာသာ: နိုက်ထရိုဂျင်
эрзянь: Азот
Nāhuatl: Ehēcatehuiltic
Plattdüütsch: Stickstoff
नेपाली: नाइट्रोजन
नेपाल भाषा: नाइट्रोजन
norsk nynorsk: Nitrogen
norsk: Nitrogen
Novial: Nitrogene
occitan: Azòt
Livvinkarjala: Azot
Ирон: Азот
ਪੰਜਾਬੀ: ਨਾਈਟਰੋਜਨ
Kapampangan: Nitrogen
Papiamentu: Nitrogeno
polski: Azot
Piemontèis: Asòt
پنجابی: نائیٹروجن
português: Azoto
Runa Simi: Qullpachaq
română: Azot
armãneashti: Azotu
русский: Азот
русиньскый: Азот
संस्कृतम्: नैट्रोजन्
саха тыла: Азот
sardu: Azotu
sicilianu: Azzotu
Scots: Nitrogen
srpskohrvatski / српскохрватски: Dušik
Simple English: Nitrogen
slovenčina: Dusík
slovenščina: Dušik
chiShona: Nitrogen
Soomaaliga: Nitrojiin
shqip: Azoti
српски / srpski: Азот
Seeltersk: Stikstof
Sunda: Nitrogén
svenska: Kväve
Kiswahili: Nitrojeni
தமிழ்: நைட்ரசன்
తెలుగు: నత్రజని
тоҷикӣ: Нитроген
Tagalog: Nitroheno
Türkçe: Azot
татарча/tatarça: Азот
ئۇيغۇرچە / Uyghurche: ئازوت
українська: Азот
oʻzbekcha/ўзбекча: Azot
vèneto: Azoto
vepsän kel’: Azot
Tiếng Việt: Nitơ
Winaray: Nitroheno
吴语:
хальмг: Нитроҗен
ייִדיש: אזאט
Yorùbá: Nítrójìn
中文:
文言:
Bân-lâm-gú: Chit-sò͘
粵語: