| Symbool | N |
|---|---|
| Atoomnummer | 7 |
| Atoommassa | 14,007 u |
| Categorie | Niet-metaal |
| Groep | 15 |
| Periode | 2 |
| Blok | p-blok |
| Fase bij 20 °C | gas |
| Smeltpunt | −210,0 °C |
| Kookpunt | −195,8 °C |
| Dichtheid | 1,251 g/L |
| Elektronenconfiguratie | [He] 2s2 2p3 |
| Elektronen per schil | 2, 5 |
| Elektronegativiteit (Pauling) | 3,04 |
| Oxidatiegetallen | −3, +3, +5 |
| Ontdekt | 1772 door Daniel Rutherford |
| Engelse naam | Nitrogen |
| Latijnse naam | Nitrogenium |
Eigenschappen van stikstof
Stikstofgas bestaat uit N2-moleculen waarin twee atomen met een drievoudige binding aan elkaar vastzitten. Die binding is een van de sterkste in de chemie, waardoor N2 kleurloos, geurloos en bij kamertemperatuur nauwelijks reactief is. Bij −195,8 °C condenseert het tot vloeibare stikstof, een veelgebruikte koelvloeistof. Zodra de binding eenmaal gebroken is, vormt stikstof een grote verscheidenheid aan verbindingen met oxidatiegetallen van −3 tot +5. Denk aan ammoniak (NH3), salpeterzuur (HNO3), nitraten, en de stikstofoxiden NO en NO2 die bij verbranding in motoren ontstaan. Veel stikstofrijke stoffen zijn energierijk en instabiel, en daarom zitten stikstofverbindingen in vrijwel alle explosieven, van buskruit tot TNT. Stikstof heeft twee stabiele isotopen, stikstof-14 (99,6 procent) en stikstof-15, die onderzoekers gebruiken om stikstofstromen in ecosystemen te volgen.
Naam. ‘Stikstof’ verwijst naar het feit dat dieren en kaarsen in dit gas ‘stikken’; het symbool N komt van ‘nitrogenium’, salpetervormer, omdat het in salpeter zit.
Atoombouw en plaats in het periodiek systeem
Stikstof staat in periode 2 en groep 15 (stikstofgroep) van het periodiek systeem, in het p-blok.
Een neutraal atoom heeft 7 protonen in de kern en 7 elektronen, verdeeld over 2 schillen: 2, 5. Het periodenummer (2) is gelijk aan het aantal schillen.
Omdat het in groep 15 staat, heeft Stikstof 5 valentie-elektronen in de buitenste schil; die bepalen hoe het reageert en bindingen vormt (zie chemische bindingen).
Buren in het systeem: links/ervoor: Koolstof (C, 6); rechts/erna: Zuurstof (O, 8); eronder in dezelfde groep: Fosfor (P).
Andere elementen in groep 15: Fosfor, Arseen, Antimoon, Bismut, Moscovium.
Voorkomen
Het overgrote deel van de stikstof op aarde zit als N2 in de atmosfeer. Planten en dieren kunnen dat gas niet direct gebruiken. Bepaalde bacteriën, onder meer in wortelknolletjes van vlinderbloemigen zoals klaver en bonen, zetten stikstof om in ammonium; ook bliksem bindt een beetje stikstof. Via de stikstofkringloop gaat het daarna van bodem naar plant, dier en terug. In je lichaam is ongeveer 3 procent van je massa stikstof. Industrieel wordt stikstof gewonnen door lucht af te koelen tot die vloeibaar wordt en vervolgens te destilleren. Mineralen met veel stikstof zijn zeldzaam; bekend is chilisalpeter (natriumnitraat).
Toepassingen
- Via het Haber-Bosch-proces wordt stikstof uit de lucht met waterstof omgezet in ammoniak, de grondstof voor kunstmest.
- Vloeibare stikstof (−196 °C) bevriest wratten, bewaart sperma, eicellen en weefsel en koelt apparatuur in laboratoria.
- Verpakkingen van chips en verse sla worden met stikstof gevuld zodat het voedsel niet oxideert of beschimmelt.
- Stikstof dient als inert beschermgas bij het maken van elektronica en bij het overpompen van brandbare vloeistoffen.
- Salpeterzuur en nitraten zijn grondstoffen voor kunstmest, kleurstoffen, nylon en explosieven.
- Autobanden van vliegtuigen en raceauto’s worden soms met stikstof gevuld omdat de druk minder schommelt met de temperatuur.
Veelgestelde vragen
Wat is de stikstofcrisis?
In Nederland komt veel stikstof in de natuur terecht als ammoniak uit de landbouw en als stikstofoxiden uit verkeer en industrie. Die stikstof werkt als mest en laat snelgroeiende planten als gras en brandnetels woekeren. Kwetsbare soorten in heide en duinen verdwijnen daardoor. Daarom gelden regels om de neerslag te verminderen.
Waarom is stikstofgas zo stabiel?
De twee atomen in een stikstofmolecuul zijn verbonden door een drievoudige binding. Om die te breken is erg veel energie nodig. Daardoor reageert stikstofgas bij gewone temperaturen bijna nergens mee. Alleen onder extreme omstandigheden, zoals bij bliksem of in het Haber-Bosch-proces met katalysator en hoge druk, lukt dat wel.
Hoe koud is vloeibare stikstof?
Vloeibare stikstof kookt bij −195,8 °C, ongeveer 77 kelvin. Bij kamertemperatuur kookt het dus voortdurend en verdampt het snel. Het wordt bewaard in speciale geïsoleerde vaten, zogeheten dewars. Het is koud genoeg om een bloem zo bros te maken dat ze als glas versplintert.