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Stickstofffixierung in Pflanzen
Von Almut Splisteser & Miriam BerkhoffFachhochschule MünsterFachbereich 01SS 2010 Anorganische Chemie Ibei Prof. Dr. Jüstel
Gliederung
I. Stickstoffgruppe
II. Arten der Stickstofffixierung
III. Vergleich zum Haber-Bosch-Verfahren
IV. Einsatz von Düngemitteln
V. Fazit
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Wozu braucht die Pflanze Stickstoff
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I. Stickstoffgruppe
N2
Aufbau von Eiweiß
Aufbau von Chlorophyll
Durchführung der Photosynthese!
Motor des Vegetativen Wachstums!
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Aufbau des Chlorophyllmoleküls
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• Diverse Chlorophyll Arten• Chlorophyll a C55H72O5N4Mg• Chlorophyll b C55H70O6N4Mg
•Wortstamm nicht von Chlor, sondern chlōrós – hellgrün, phýllon – Blatt
I. Stickstoffgruppe
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Wozu brauchen wir Menschen Stickstoff
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N2Enzymbildner
Bestandteil der DNA
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I. Stickstoffgruppe
Stickstoff und seine Verwandten
• Phosphor „P“– Wichtiger Pflanzendünger
generatives Wachstum (Blüte, Frucht)
• Arsen „As“– ist ein Spurenelement, Aufnahme 10-25 µg/Tag
– Kohlehydratumsatz der Pflanzen
– Bei Säugetiere: Verstoffwechslung von Aminosäuren
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I. Stickstoffgruppe
• Antimon „Sb“
– Bestandteil einiger Pestizide
– Verwendung für Legierungen, Dotierung von Halbleitern, Vulkanisierung von rotem Kautschuk
• Bismut „Bi“
– Optische Gläser, gelbes Pigment für wetterstabile Fassaden
– als Röntgenkontrastmittel
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I. Stickstoffgruppe
Arten der Stickstofffixierung
• Chemische Stickstofffixierung– Blitzschlag – 15%
• Biologische Stickstofffixierung– Leguminosen, – Zersetzung durch Bakterien – 60%
• Technische Stickstofffixierung– Haber-Bosch-Verfahren– 25%
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I. Stickstoffgruppe
Stickstoffkreislauf
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II. Arten der Stickstofffixierung
Chemische Gewinnung
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1. Blitzeinschlag, Verbrennungen, Vulkanausbrüchen
2. N2 + O2 2NO
4NO +3O2+ 2H2O 4 HNO3
4HNO3 4NO3- + 4H+
NO3- ist für die Pflanzen verwertbar
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II. Arten der Stickstofffixierung
Biologische Gewinnung
Variante 1
1. Lebewesen fressen Pflanzen
2. Ausscheiden der Nahrung bzw. Tod von Pflanzen und Lebewesen in Form von NH3
Variante 2
Einige Pflanzen können den Luftstickstoff direkt nutzen Diazotrophie
Bsp.: Leguminosen
Grund: Symbiose mit Knöllchenbakterien „Molybdän“
1. Aufnahme N2 aus der Luft
2. Über Knöllchenbakterien assimilieren
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II. Arten der Stickstofffixierung
Umwandlung
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3.
3. Zersetzung von organischen Resten Mineralisierung NH3 + H+
NH4+
4. Nitrifikationa) Nitrosomonos sind Molybdänhaltige Nitritbakterien2NH4
+ + 3O2 2NO2- + 4H+ + 2H20
b) Nitrobakter sind Molybdänhaltige Nitratbakterien2NO2
- + O2 2NO3-
4.
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II. Arten der Stickstofffixierung
Aufnahme
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5. Durch die Nitrifikation kann der lebensnotwendige Stickstoff aufgenommen werden
Speicherung Chloroplasten5.
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II. Arten der Stickstofffixierung
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Vergleich zum Haber-Bosch-VerfahrenTechnisch Biologisch
Energie-aufwand
Hoch:1L Erdöl für 1kg Düngemittel
Hoch:N₂ + 8H⁺+ 8e⁻→2NH₃+ H₂(von ATP geliefert)
H₂ - Lieferant Erdgas (Erdöl, Kohle)(fossile Photosyntheseprodukte)
Kohlenhydrate
Katalysatoren Eisen- oder Molybdän
Recht leistungsstark
Eisen-Molybdän-Protein
Sehr leistungsfähig
Reaktions-bedingungen
~ 200 bar
~ 500°C
1 bar
20-30°C
III. Vergleich zum Haber-Bosch-Verfahren
Alternativen
Alternativ zum Düngen: Vierfelderwirtschaft
1. Kartoffeln (größter Nährstoffverbrauch)
2.Getreide (Stickstoffversorgung)
3.Hülsenfrüchte (Knöllchenbakterien)
4.Weideland (Anreicherung mit Nährstoffen)
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IV. Einsatz von Düngemitteln
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Knöllchenbakterien
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IV. Einsatz von Düngemitteln
Probleme der Überdüngung
• Bodenfauna wird geschädigt
• Qualität des Grundwassers
• zu hoher Nitratgehalt
in Produkten und Gewässern
NO₃⁻ + 2e⁻ + 2H⁺ → NO₂⁻ + H₂O
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IV. Einsatz von Düngemitteln
FazitMangelerscheinung Überdüngung
ÜberdüngungsverbrennungVergilbung, spärliches Wachstum
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V. Fazit
Quellenangaben
• Fachkunde für Gärtner, Holger Seipel, 6. aktualisierte Auflage, ISBN.: 3.582.04155.7
• Lehrbuch der Anorganischen Chemie, Holleman/Wieberg, 101. Auflage
• http://www.biologie.uni-hamburg.de/b-online/d34/34b.htm
• http://www.uni-bielefeld.de/presse/fomag/S_43_49.pdf
• Wikipedia
• Skript Anorganische Chemie I, Prof. Dr. Jüstel
Stickstofffixierung in Pflanzen von Almut Splisteser & Miriam Berkhoff
1907.05.2010