Nicole Patzwald

Der Stickstoffkreislauf

Aufgabe:
Erläutere den Stickstoffkreislauf! Ergänze ihn mit Gleichungen! 

Stickstoff ist als Strukturbestandteil lebensnotwendig. Alle Eiweiße (tierische und pflanzliche) und fast alle anderen Zellbausteine (DNS, Aminosäuren, Vitamine) enthalten chemisch gebundenen Stickstoff. Nur bestimmte Bakterien können den Luftstickstoff (78,1 %) binden. (100-200*10⁹ kg im Jahr).

 Freilebende Bodenbakterien binden 25 kg Luftstickstoff pro Hektar im Jahr. Die Knöllchenbakterien in einer Symbiose mit Schmetterlingsblütengewächsen (Leguminose) können sogar bis zu 400 kg pro Hektar im Jahr binden. Alle anderen Organismen müssen Stickstoffverbindungen aufnehmen. Stickstoff wird von Pflanzen zum Wachstum benötigt. Sie können ihn nur in Form wasserlöslicher Nitrate und Ammoniumsalze aus dem Boden aufnehmen. Aus ihnen bauen sie orgnische Stickstoffverbindungen auf z. B. pflanzliches Eiweiß. Konsumenten z. B. Tiere und Menschen, die Pflanzen zu sich nehmen, wandeln dann im Körper dieses pflanzliche Eiweiß in körpereigene Eiweißstoffe um.

In Folge des Stoffwechsels entstehen als Hauptverwesungsprodukt Ammoniak, aber auch die Stoffwechselendprodukte enthalten Stickstoffverbindungen (Harnstoff und Harnsäure). Bei der Verrottung der Pflanzen gelangen organische Stickstoffverbindungen in die Humusschicht des Bodens. 95 % des Stickstoffs, den man in der Humusschicht des Bodens findet, treten in Form von organischen Stickstoffverbindungen auf. Etwa 2 % dieser Stoffe werden im Jahr abgebaut. Im Boden lebende Bakterien verwandeln sie in Ammoniak und Ammoniumsalze (Mineralisation: Abbau organischer Stoffe zu anorganischen Verbindungen.).

Als nächster Schritt folgt die Nitrifikation. Dabei werden der Ammoniak und die Ammoniumsalze durch bakterielle Oxidation über Nitrite zu Nitraten abgebaut.

Wenn es gewittert, entsteht in den Blitzen Stickstoffmonoxid. Dieses reagiert mit dem Sauerstoff der Luft zu Stickstoffdioxid

2 NO + O₂ -> 2 NO₂.

Diese Verbindung reagiert mit der Feuchtigkeit der Luft und Sauerstoff weiter zu Salpetersäure

 4 NO₂ + O₂ + 2H₂O -> 4 HNO₃.

Durch Niederschläge gelangen dann etwa 1 kg Stickstoff pro Hektar im Jahr in den Boden.

Außerdem verbrauchen einige Bodenbakterien Nitrate bei ihrem Stoffwechsel. Durch diese denitrifizierenden Bakterien werden elementarer Stickstoff und Stickstoffoxide an die Atmosphäre abgegeben. Ein Teil des im Boden durch Bakterien gebildeten Ammoniaks entweicht in die Luft.

Auch der Mensch greift in den Stickstoffkreislauf ein. Er baut Pflanzen an. Diese entziehen dem Boden Stickstoff. Durch Düngung wird dieses Defizit wieder ausgeglichen.

Die Auswirkungen der menschlichen Tätigkeit bestehen auch in der Überdüngung der Gewässer und dem enormen N₂-Verbrauch aus der Luft (80*10⁹ kg Stickstoff für die Ammoniaksynthese und weitere 25*10⁹ kg durch die Verbrennung als Stickstoffoxide)

Der Luftstickstoff ist Ausgangsstoff für alle Stickstoffdüngemittel.

(Dünger: -Nitrate NH₄NO₃ (Ammoniumnitrat)

Bildung: HNO₃ + NH₄OH--> NH₄NO₃ + H₂O, -Harnstoff,

-Ammoniumsalze z.B.(NH₄)₂SO₄ (Bildung: 2H₂O + 2NH₃ + H₂SO₄ --> (NH₄)2SO₄ + 2H₂O)

Erst wird aus dem Stickstoff Ammoniak produziert

(HABER-BOSCH-Verfahren:

Stickstoff und Wasserstoff werden im Kontaktverfahren mit aktiviertem Eisen bei hoher Temperatur (500°C) und hohem Druck (200 bar) katalytisch umgesetzt, N₂ + 3H₂ -> 2NH₃).

Daraus werden dann Harnstoffe (2NH₃ + CO₂ --> CO(NH₂ )₂ + H₂O), Salpetersäure und Nitrate gewonnen.