"Erstickend" und "sauer": Die Hauptbestandteile der Luft

Die Luft, die wir atmen, besteht zum Großteil - nämlich zu fast vier Fünfteln - aus Stickstoff und zu etwa einem Fünftel aus Sauerstoff. Diese beiden Gase, die gemeinsam mehr als 99 % der Luft ausmachen, sollen hier näher betrachtet werden.

Der elementare Stickstoff, wie er in der Luft vorliegt, ist ein farb- und geruchloses Gas. Er besteht aus Molekülen mit der Formel N₂, in denen zwei Stickstoffatome über eine Dreifachbindung miteinander verbunden sind. Diese Bindung ist sehr stabil, deshalb ist Stickstoff unter normalen Bedingungen äußerst reaktionsträge.

Der Name "Stickstoff" kommt daher, weil in reinem Stickstoff kein Leben möglich ist: Wir würden ersticken, weil uns der lebensnotwendige Sauerstoff fehlen würde.

Sowohl Stickstoff als auch Sauerstoff werden großtechnisch aus der Luft gewonnen. Dazu wird die Luft nach dem Linde-Verfahren sehr weit abgekühlt, bis sie flüssig wird. Da Stickstoff und Sauerstoff unterschiedliche Siedepunkte haben, können sie nun durch Destillation der verflüssigten Luft voneinander getrennt und gereinigt werden. Die reinen Gase kommen unter hohem Druck in Gasflaschen gefüllt in den Handel: Stickstoff in grünen, Sauerstoff in blauen.

Da er so reaktionsträge ist, wird reiner Stickstoff als Schutzgas im chemischen Labor für Reaktionen mit sauerstoffempfindlichen Substanzen verwendet. Auch in manchen Lebensmittelverpackungen setzt man Stickstoff als Schutzgas ein: Durch den Ausschluss von Sauerstoff werden die Lebensmittel so länger haltbar.

Die wichtigste technische Anwendung von Stickstoff ist aber die Herstellung von Ammoniak (NH₃), der als Ausgangsstoff für Düngemittel, Farb- und Sprengstoffe in riesiger Menge benötigt wird. Dazu wird das Haber-Bosch-Verfahren eingesetzt, für dessen Entwicklung der deutsche _{Chemiker Fritz Haber 1918 den Nobelpreis} erhielt. Die Ausgangsprodukte Stickstoff und Wasserstoff werden dabei in großen Reaktoren bei hohem Druck und erhöhter Temperatur an Eisenkatalysatoren miteinander zur Reaktion gebracht.

Der Sauerstoff der Luft besteht aus Molekülen der Formel O₂, in denen zwei Sauerstoffatome über eine Doppelbindung miteinander verbunden sind. Er ist ebenfalls ein _{farb- und geruchloses Gas}, aber im Gegensatz zum Stickstoff ziemlich reaktiv.

Sauerstoff verbindet sich mit vielen anderen Stoffen, zum Teil lebhaft unter Flammenerscheinung - wir kennen das als die Verbrennung des Stoffes, zum Teil langsam wie beim Rosten von Eisen an der Luft. In reinem Sauerstoff laufen diese Reaktionen viel heftiger ab als an der Luft; dort verbrennt sogar Eisen mit heller Flamme (im Bild Stahlwolle).