Stikstofverbindingen 3 - Verschil ammoniak en NOx (NO/NO2)

Ir. Frans Scholten (MSc)

Achtergronden problemen met #stikstofverbindingen

Wat is hieronder waarschijnlijk nieuw voor u?

1. Atoom ofwel element
2. Molecuul ofwel chemische verbinding
3. Een zure stikstofverbinding, die bodems en water zuurder maakt, zoals NO en NO2 uit industrie en verkeer.
4. Een basische stikstofverbinding, zoals ammoniakdamp (NH3) uit dierlijke mest, die zuren (deels) neutraliseert

Het woord “stikstof” is onjuist

Iedereen in NL heeft het over “stikstof”, maar dat is het verkeerde woord. Dit “stikstof” als woord werkt versluierend en verwarrend. Je kunt er bij lange na niet helder mee aangeven wat er eigenlijk precies aan de hand is. De term “stikstof” is niet nauwkeurig genoeg. Dit is vergelijkbaar met schoeisel zoals klompen, badslippers, pantoffels, bergschoenen, laarzen en pumps op 1 hoop te gooien en alleen te praten over “schoeisel”, zonder nauwkeurig het gebruiksdoel aan te geven. Ik zie iemand al op pumps bergen beklimmen, dansen op bergschoenen of met laarzen aan bij het zwembad vertoeven😉
Onderscheid is nodig!

Door een vergelijkbaar slordig gebruik van het woord “stikstof” kunnen de verkeerde mensen de schuld krijgen en wordt het probleem bovendien misschien niet eens goed opgelost. Deze foute term “stikstof” staat eerlijke oplossingen, die onze hoogontwikkelde maatschappij met zijn tegenstrijdige belangen nodig heeft, in de weg. Het woord “stikstof” zomaar zonder meer gebruiken, zoals nu zonder verder nadenken gebeurt, kan leiden tot het onnodig uitgeven van belastinggeld en grote schade aan de economie, zoals we onlangs al zagen, en aan de landbouw.

Wat is stikstof? Stikstof is een chemisch element, een atoom, simpel voorgesteld als een klein bolletje. Het afgesproken internationale symbool voor stikstof is N (van het Engelse woord "nitrogen"). Dit ene afzonderlijke atoom vormt altijd een verbinding met een tweede stikstofatoom. Zo ontstaat stikstofgas. De chemische formule is N2. Dit “tweetje” achter de N geeft dus aan dat er twee stikstofatomen voorkomen, die met elkaar verbonden zijn.
Zie de tekening.

 

 Het stikstofmolecuul N2. Blauwe bolletjes: 2 stikstofatomen. Blauwe staafjes: 3 chemische bindingen die typisch zijn voor N2. Deze 3 bindingen zijn te "dik getekend" naar mijn smaak, maar dit is wat de tekensoftware ( B. Bienfait and P. Ertl, JSME: a free molecule editor in JavaScript, J. Cheminformatics 5:24 (2013)) levert.

Deze N2-moleculen zijn heel klein: 602.200.000.000.000.000.000.000 stuks wegen samen 28 gram.

Onze ademlucht bevat 78% stikstof (Wikipedia). Dit N2-gas is dus totaal ongevaarlijk, anders zou de mensheid niet meer bestaan.

Klaar. Meer is er niet aan stikstof. Stop dus s.v.p. met praten over “stikstof”, want anders zou u de verdenking op u kunnen laden dat u per ongeluk verwarring zaait en dat wilt u natuurlijk niet.

Het correcte woord is #stikstofverbindingen

Waar maakt iedereen zich dan zo druk over? Over stikstofverbindingen. Wat zijn dat nou weer?

Een chemische verbinding, of een molecuul, is een samenvoeging van een aantal verschillende atomen. Een molecuul of chemische verbinding is dus een kluitje van verschillende soorten atomen die op een bepaalde manier in de ruimte gerangschikt zijn, zoals een piramide of een andere vorm.

Molecuulstructuur van ammoniak (NH3). Blauw: stikstofatoom. Grijs: 3 waterstofatomen (H). Dit molecuul heeft geen elektrische lading. Het vormt, na oplossen in water, een base, het tegenovergestelde van een zuur.

Molecuulstructuur van NO. Blauw: stikstofatoom. Rood: zuurstofatoom (O). Dit molecuul vormt, na oplossen in water, een zuur.

Molecuulstructuur van NO2. Blauw: stikstofatoom. Rood: twee zuurstofatomen (O). Dit molecuul vormt, na oplossen in water, ook een zuur.

Deze drie stikstofverbindingen ofwel moleculen zien er onderling sterk verschillend uit, bevatten verschillende atomen of verschillende aantallen daarvan en hebben dus verschillende eigenschappen.
Verder is nog belangrijk dat er sterke aantrekkingskrachten tussen de atomen aanwezig zijn, zodat de verschillende atomen steeds op hun plaats blijven en het molecuul meestal dezelfde, meest optimale vorm houdt. De eigenschappen van het molecuul zijn dus niet alleen afhankelijk van 1 atoom, bijvoorbeeld het stikstofatoom, maar vooral ook van de andere atomen in het molecuul. Niet de atoomeigenschappen zijn dus het belangrijkst, maar de eigenschappen van het totale molecuul. Die bepalen wat het molecuul in onze lucht en onze bodem gaat doen.

Daarom is niet alleen de term “stikstof”, maar ook de term “reactieve stikstof” onjuist. Het totale molecuul bepaalt de eigenschappen en niet uitsluitend het afzonderlijke stikstofatoom. Bovendien bepalen juist de andere atomen in het molecuul of dit stikstofmolecuul “reactief” is, want stikstof op zichzelf is onschadelijk. Tenslotte: "reactieve stikstof" zegt nog steeds niet wat het molecuul in de natuur precies doet. De termen NH3 als basische stikstofverbinding en NO en NO2 als zure stikstofverbindingen geven dat al een stuk beter aan. Om weer die "reactieve stikstof" met "schoeisel" te vergelijken: de bergbeklimmer van hierboven gaat dan met badslippers de berg op: beter dan met pumps, maar nog steeds niet ideaal........
Een onhandige term dus, dit “reactieve stikstof”. Gauw vergeten, anders moet u dit straks weer afleren.

Er is dus al een veel betere term die al bij chemici ingeburgerd is: “#stikstofverbindingen”.

Er zijn minstens twee soorten:

1.  Zure #stikstofverbindingen, die verzuring van de natuur veroorzaken (NO en NO2). Vaak worden deze 2 gassen samen NOx genoemd. Omdat de verhouding NO tov NO2 vaak onbekend is, zegt men NOx. Bovendien kan NO "spontaan" worden omgezet in NO2.
   Als x=1 in NOx, is het puur NO, een zuurvormend gas. Als x=2 is het puur NO2, ook een zuurvormend gas. Als x is tussen 1 en 2 is het een mengsel van NO en NO2. x Lager dan 1 of hoger dan 2 kan niet.
2.  Basische #stikstofverbindingen, die zuren (deels) neutraliseren (NH3)

Als we deze woorden overnemen kunnen we messcherp aangeven waar – voor NH3, NO en NO2 afzonderlijk - de problemen zitten, wat de oorzaken zijn, wie moeten meewerken aan oplossingen en hoe. Dan is de basis gelegd voor een eerlijker verdeling van financiële en maatschappelijke kosten.

Overigens kunnen in de natuur biochemische reacties optreden, onder invloed van bijvoorbeeld bacteriën, waarbij uit sommige stikstofverbindingen verschillende soorten van andere stoffen ontstaan. Hoewel deze reacties essentieel zijn, worden ze in deze post niet besproken. Dat de biologische verzuring van NH3 slechts half zo erg is als sommigen beweren, staat hier.