Frage von Kiddinme, 49

Was meinen die in chemie damit?

Ja, also die aufgabe sagt, dass ich die beiden sachverhalte erklären soll: 1.) bei gewitter können durch blitzentladungen aus stickstoff und sauerstoff stickoxide entstehen. diese führen zur bildung von sauren regen. 2.) eine alte bauernregel besagt, dass pflanzen nach einem gewitter besonders gut wachsen

Wie soll ich das bitte erklären? Lg <3

Expertenantwort
von DedeM, Community-Experte für Chemie, 16

Moin,

das ist im Grunde ganz logisch, wenn man einerseits weiß, dass Nitrate als Pflanzendünger dienen, und ein Pflanzendünger zu gutem Pflanzenwachstum führt und andererseits den Zusammenhang zwischen erhöhtem Nitrat im Boden und der Bildung von saurem Regen bei einem Gewitter versteht. Darum alles nun genauer:

Durch Blitze können die recht reaktionsträgen Stickstoffmoleküle dazu "überredet" werden, doch mal mit anderen Stoffen wie zum Beispiel Luftsauerstoff zu reagieren. Das führt dann zu diversen Stickoxiden, so auch zu Stickstoffdioxid:

1. Bildung von Stickstoffdioxid
N2 + 2 O2 ---> 2 NO2
Stickstoff und Sauerstoff reagieren zu Stickstoffdioxid.

Stickstoffdioxid ist ein Nichtmetalloxid. Viele Nichtmetalloxide vereinigen sich mit Wasser zu Säuren, so auch Stickstoffdioxid:

2. Bildung von saurem Regen
2 NO2 + H2O ---> HNO2 + HNO3
Stickstoffdioxid und Wasser reagieren zu Salpetriger Säure und Salpetersäure.

Salpetersäure ist eine starke Säure. Sie liegt in wässriger Lösung in Ionenform vor:

3. Protolyse der Salpetersäure
HNO3 + H2O ---> H3O^+ NO3^–
Salpetersäure dissoziiert (zerfällt) in Wasser in Ionen; dabei entstehen Oxoniumionen und Nitrat-Anionen.

Somit ist die Entstehung von Nitrat-Ionen eigentlich bereits erklärt (vergleiche aber weiter unten).

Die Nitrationen gelangen mit dem Regen in den Boden. Dort können sie über die Wurzeln in die Pflanze aufgenommen werden. Wie bereits erwähnt, wirken Nitrat-Anionen als Pflanzendünger, weil sie Stickstoffatome in die Pflanze einbringen, die für die Herstellung von Aminosäuren wichtig sind. Aminosäuren sind ihrerseits die Grundbausteine für jedes Protein. Das heißt: gelangt eine Pflanze an Stickstoff, kann sie Aminosäuren aufbauen. Hat sie Aminosäuren zur Verfügung, kann sie Proteine herstellen. Viele Proteine bilden Enzyme oder dienen als Baumaterial. Letzteres wird benutzt, um das Wachstum zu verbessern...

Damit könntest du die Sache eigentlich auf sich beruhen lassen, weil der Zusammenhang damit bereits hinreichend geklärt sein sollte.

Wenn du es jetzt aber noch übergenau machen willst, so kannst du auch noch darauf eingehen, dass im Boden Bakterien leben. Spezielle Bakterien, die der Gattung Nitrobacter nämlich, können Nitrit-Ionen zu Nitrat-Ionen oxidieren:

5. Erhöhung des Nitratgehalts im Boden durch Nitrobacter
2 NO2^– + O2 --[Nitrobacter]--> 2 NO3^–
Nitrit-Ionen werden mit Hilfe von Nitrobacter-Bakterien und Sauerstoff zu Nitrat-Ionen oxidiert; Die Nitrobacter-Bakterien gewinnen durch den Oxidationsprozess Energie für ihre Stoffwechselvorgänge.

Das bedeutet, dass sich im Boden durch die Aktivität der Bakterien zusätzlich Nitrat anreichert, was einer weiteren Zuführung von Dünger entspricht. Schön und gut, wirst du jetzt vielleicht sagen. Aber woher stammen die dazu nötigen Nitrit-Anionen? - Na, dann schau dir doch noch einmal die Reaktionsgleichung zur Bildung des sauren Regens oben an... Genau! Aus dem Stickstoffdioxid wird in Verbindung mit (Regen-)Wasser nicht nur Salpetersäure, sondern es entsteht auch Salpetrige Säure (HNO2). Und die löst sich in Wasser ebenfalls unter Bildung von Ionen:

4. Protolyse der Salpetrigen Säure
HNO2 + H2O ---> H3O^+ + NO2^–
Salpetrige Säure und Wasser reagieren zu Oxoniumionen und Nitrit-Anionen.

Wundere dich bitte nicht, dass im Fließtext 5. vor 4. kommt. Die Nummerierung der Reaktionsschritte bezieht sich auf den zeitlichen Ablauf des Geschehens...

So, nun dürfte der Zusammenhang zwischen Gewitter, Blitzen, Stickstoff und Sauerstoff in der Luft, Entstehung von saurem Regen sowie der Bildung von Nitraten als Pflanzendünger zufriedenstellend geklärt sein, oder?

LG von der Waterkant.

Kommentar von cg1967 ,

So, nach der wunderschönen theoretischen Erklärung: Wieviel N/ha kommen durch Blitzschlag zusammen? Ich hab gesucht aber nichts gefunden, außer: Durch Leguminosen kommen 50-150kg/ha N-Fixirung zusammen.

Antwort
von jf20011, 21

1.) N2 + O2 -> N2O5
N2O5 + H2O -> 2HNO3
2.) HNO3(aq) <-> (soll der Doppelpfeil sein) H+ + NO3- (= Nitrat-Ion)
Es können in der Erde Nitrate entstehen.

Antwort
von Karl37, 11

Ein Zusatz zum guten Beitrag von DedeM.

Vor der Industrialisierung wurde der Stickstoffbedarf der Natur fast nur von den Blitzentladungen gedeckt. Es bestand ein Mangel, da der Salpeterimport aus Chile sehr teuer war, konnte sich der Bauer diesen Dünger nicht leisten. Daher war der Gewittereffekt beim Pflanzenwachstum ersichtlich, was den Bauern nicht verborgen blieb und deshalb diese Bauernregel formulierten.

Heute steht der Landwirtschaft ausreichender Dünger zur Verfügung, daher kommt dieser Effekt heute nicht mehr zum Tragen.

In der Vorindustriellen Zeit lag der Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre bei 270 ppm. Das bedeutete ein Stress für die Flora und die Evolution reagierte. Immer mehr Pflanzen stellten vom C3 auf den C4 Stoffwechsel um. Dieser Evolutionsdruck besteht jetzt nicht mehr.

 

Kommentar von cg1967 ,

Vor der Industrialisierung wurde der Stickstoffbedarf der Natur fast nur von den Blitzentladungen gedeckt.

Leider finde ich dafür keine Zahlen. Solange, bis solche für den Stickstoffeintrag durch Blitze vorkiegen, gehe ich davon aus, daß das meiste pflanzenverfügbare N durch Leguminosen gebunden wurde.

Antwort
von Zaadii, 24

Naja, die Stikoxide regenen in den Boden ab und dienen dort als Dünger.


Antwort
von cg1967, 4

1) wurde hinreichen und korrekt erklärt.

Für 2) vermute ich, daß der Regen und nicht der Nitratdünger durch Blitzschlag entscheident ist. Blitz und Donner prägten sich nur besser als ein langweiliger Landregen ein, insbesondere nach einer Dürrephase.

Antwort
von DaWannaBe, 13

Bauern der Alten Zeit waren anscheinend der Meinung, dass saurer Regen dem Wachstum von Pflanzen zur Hilfe eilt!

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