Big Bang HTL 2, Schulbuch

84 Bereich Grundlagen der Chemie (II. Jahrgang, 3. Semester) Der Name Stickstoff kommt daher, dass er Flammen löscht („erstickt“). ( F7 ) Stickstoffhaltige Mineralien gibt es wenige, hier sind Nitrate und Ammoniumsalze zu nennen. Sonst kommt Stickstoff hauptsächlich gebunden in lebenden Systemen vor. Pflan- zen speichern den Stickstoff als Eiweißstoffe in ihren Gewe- ben, Tier und Mensch nehmen diese Verbindungen auf und bauen sie in körpereigenen Stickstoffverbindungen um. Stickstoff wird auch in Form organischer Stoffe wie z. B. Harnstoff wieder ausgeschieden. Gewinnung von Stickstoff: Elementarer Stickstoff wird durch fraktionierte Destillation von flüssiger Luft gewonnen. Dazu muss die Luft erst mal verflüssigt werden. Das passiert mit dem Linde-Verfahren . (Der Entwickler des Verfahrens hieß Carl von Linde). Die gereinigte Luft wird auf 200 bar verdichtet. Dabei er- wärmt sie sich. Nach einer Vorkühlung wird die Luft durch ein Drosselventil ausgelassen, sie kann sich wieder ent- spannen und kühlt dabei stark ab. Nach Durchlauf des Ge- genstromkühlers (Wärmetauscher) kann der Prozess erneut durchlaufen werden: verdichten – entspannen – abkühlen. Nach einigen Durchläufen ist die Luft so weit abgekühlt, dass sie verflüssigt wurde und wird in einem Behälter auf- gefangen. Abb. 6.6: Schema Luftverflüssigung sondern ein Gasgemisch, an dem auch Argon, Helium und andere Gase beteiligt sein können. Stickstoff kann auch bei Lebensmitteln als Schutzgas die- nen. Das Grundprinzip ist das Gleiche wie beim Schweißen: Der Stickstoff ist inert und reagiert nicht mit dem ge- wünschten Produkt. Stickstoff wird oft bei Chips- und ande- ren Snack-Beutelverpackungen eingesetzt. Dadurch befin- det sich kein Sauerstoff in der Verpackung, der mit dem Produkt reagieren und es ranzig werden lassen könnte. Außerdem ergibt sich durch das Aufblasen der Verpackung auch ein mechanischer Schutz, die Chips werden beim Transport nicht so leicht zerdrückt. Auf der Verpackung findet sich der Hinweis: „Unter Schutzatmosphäre verpackt“. ( F8 ) Flüssiger Stickstoff (Siedepunkt –196 °C oder 77K) ist eine klare, farblose Flüssigkeit, die in speziellen Behältern lange aufbewahrt werden kann. Einige Anwendungen sind: –– zur Kühlung von Hochtemperatursupraleitern , um Su- praleitung zu ermöglichen (für alle anderen Supraleiter muss flüssiges Helium mit einem noch niedrigeren Siede- punkt verwendet werden) –– zum Einfrieren und anschließendem Aufbewahren von Blutproben, Eizellen oder Sperma. Nach dem Wiederauf- tauen können diese untersucht oder Samen- und Eizellen zur künstlichen Befruchtung verwendet werden. –– in der Fügetechnik : einzelne Bauteile werden mittels Flüssigstickstoff gekühlt, dann zusammengefügt. Beim Erwärmen auf Raumtemperatur dehnt sich das Teil wie- der aus und die beiden Fügeteile sind fest miteinander verbunden. Man nennt dieses Verfahren auch „kaltdeh- nen“. Unglaublich viele Anwendungen finden Stickstoffverbindun- gen. Seit der Erfindung des Haber-Bosch-Verfahrens zur Am- moniak-Herstellung hat man auch immer ausreichend Stick- stoffverbindungen für die Weiterverarbeitung zur Hand. Ammoniak und sein Folgeprodukt Salpetersäure sind die wichtigsten Ausgangsstoffe für Düngemittel und Sprengstoffe. Genaueres in Kap. 8.1.1. Weitere wichtige Stickstoffverbindungen finden sich in der organischen Chemie : Farbstoffe, Eiweißbestandteile, Be- standteile der DNA, sowie verschiedene Pflanzenwirkstoffe wie Coffein oder Nicotin. Dazu mehr in Band 4. Durch Destillation kann man die verschiedenen Luftbe- standteile dann voneinander trennen. Verwendung von Stickstoff: Elementarer Stickstoff dient oft als Schutzgas beim Schwei- ßen . Ein Schutzgas hat die Aufgabe, atmosphärische Luft (vor allem den Sauerstoffanteil) zu verdrängen. Beim Schutzgasschweißen wird der Lichtbogen und das Schmelz- bad vor dem Kontakt mit Sauerstoff geschützt. Luftsauer- stoff würde mit dem Metall reagieren, und das muss man verhindern. Oft wird nicht Stickstoff allein eingesetzt, Abb. 6.9: Einfrieren biologischer Proben in flüssigem Stickstoff Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv