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Lexikon der Biologie: Stickoxide

Stickoxide, seltenere, aber exaktere Bezeichnung Stickstoffoxide, Abk. NOx, zusammenfassende Bezeichnung für theoretisch 9 Verbindungen des Stickstoffs, wovon 3 auf der Formel NOx (x = 1, 2, 3) und 6 auf der Formel N2Ox (x = 1, 2, 3, 4, 5, 6) aufbauen. Wichtig sind vor allem das Stickstoff(II)oxid oder Stickstoffmonoxid (NO) und das Stickstoffdioxid (NO2). Im praktischen Umweltschutz wird unter „Stickoxide“ nur die Summe dieser beiden Komponenten verstanden. In der Atmosphäre findet man auf Meereshöhe (in reiner, trockener Luft) 2–20 μg/m3 Stickoxide, in Ballungsgebieten oft je 30–60 μg/m3 NO2 und NO. Die künstliche Emission von Stickoxiden nimmt seit den 1990er Jahre kontinuierlich ab und beträgt in Deutschland knapp 1,7 Millionen t/a (Stand 1999, UBA). Nach Angaben des Umweltbundesamts (UBA) stammt der größte Teil, knapp 64%, aus dem Verkehr, gefolgt von Kraft- und Fernheizwerken mit ca. 15% und Industrieprozessen mit ca. 14%. Vor allem der Anteil der Kraft- und Heizwerke nahm bedeutend ab, innerhalb eines Jahrzehnts um ca. 25%. Dagegen nahmen die Emissionen durch Verkehr sowie durch Haushalte und Kleinverbraucher leicht zu. Letztere liegen bei 7%. Im Rahmen der EU-Richtlinie zu nationalen Emissionsobergrenzen besteht die Verpflichtung, die NOx-Emissionen bis 2010 auf 1,051 Millionen t/a zu vermindern. – Stickoxide werden bei der Herstellung von Salpetersäure freigesetzt sowie stets dann, wenn Salpetersäure auf Metalle oder organische Substanzen einwirkt. Es wird auch eine nennenswerte Freisetzung infolge der Stickstoff-Düngung (Stickstoffdünger) in der Landwirtschaft vermutet. Kraftahrzeug-Abgase können bis zu 1 l/m3 Stickoxide enthalten. Stickoxide bilden sich aber auch aus Stickstoff (N2) und Sauerstoff (O2) unter Einwirkung von Wärme, Elektrizität oder Strahlungsenergie. In den oberen Schichten der Erdatmosphäre werden beständig Stickoxide gebildet. Empfindliche Pflanzen (z.B. Birke, Lärche, Weiß-Tanne und Linde) ertragen maximal 6000 μg/m3 während 30 min. Da dieser Wert kaum irgendwo erreicht wird, ist eine Direktschädigung von Pflanzen auch kaum je gegeben, doch ist eine Kombinationswirkung mit anderen Schadstoffen nicht ausgeschlossen. Beim Menschen können die Stickoxide lungenreizend wirken; auch allergische Reaktionen (Allergie) scheinen möglich. – Von Bedeutung sind 5 Stickoxide: a) Stickstoff(II)-oxid, Stickstoffmonoxid (NO): farbloses, nicht brennbares Gas, das mit Sauerstoff zu braunrotem Stickstoffdioxid reagiert (2 NO + O2 → 2 NO2). Das reine Gas besitzt keinerlei Reizwirkung, bildet aber im Körper das Methämoglobin (Hämiglobin). NO hat sich jüngst als vielseitiger zellulärer Botenstoff (Botenmoleküle) erwiesen (Stickstoffmonoxid). b) Stickstoffdioxid (NO2): braunrotes, giftiges Gas, das bei Zimmertemperatur überwiegend dimer (Dimerisation), d.h. als Distickstofftetroxid (N2O4), vorliegt. NO2 ist (neben anderen Stickoxiden, insbesondere NO) der Hauptbestandteil der stark giftigen, gelben bis braunroten nitrosen Gase, die – eingeatmet – Hämiglobin-Bildung und Gefäßdilatation mit Hypotonie bewirken und bei längerem Anhalten zum Tode führen können (MAK-Wert für NO2: 5 ppm). c) Stickstoff(I)-oxid, Distickstoffoxid, Stickoxydul (N2O): farbloses, schwach süßlich riechendes Gas, das – eingeatmet – zu narkoseartigen Zuständen führt und daher als Narkosemittel (Narkotika) verwendet wird (Lachgas). d) Distickstofftrioxid (N2O3): bei –21 °C tief-dunkelblaue Flüssigkeit, die oberhalb von 0 °C allmählich zu NO, NO2 und N2O4 zerfällt. e) Distickstoffpentoxid (N2O5): farblose, harte, an der Luft zerfließende, unbeständige, rhombische Prismen, die in unberechenbarer Weise explodieren können; man erhält N2O5, wenn man 100% Salpetersäure mit Phosphorpentoxid behandelt, wobei durch Wasserentzug N2O5 entsteht (Salpetersäureanhydrid). – Die Luftchemie von Stickstoffverbindungen ist, bedingt durch die Vielzahl der beteiligten chemischen Verbindungen sowie durch deren mannigfaltige chemische und photochemischen Reaktionen (Photochemie), sehr komplex. Herausragende Bedeutung besitzen die monomeren Oxide des Stickstoffs (NO, NO2), die ein ungepaartes Elektron (chemische Bindung) besitzen, das ihnen Radikalcharakter verleiht (freie Radikale, Radikale). Dies erklärt ihr außerordentlich vielseitiges reaktionskinetisches Verhalten in der Atmosphäre, in der die Stickoxide je nach Situation – als Radikalbildner, reversible Radikalspeicher oder irreversible Radikalsenken – reaktionsbeschleunigend bis reaktionshemmend wirken können. So tragen die Stickoxide auch in komplizierter Weise zur Entstehung des photochemischen Smogs bei (Photooxidantien). Die Hauptreaktion ist die Photolyse des NO2, bei der (radikalisch) NO- und O-Atome entstehen. NO reagiert mit Ozon (O3) zu NO2 und O2 (Ozon [Kleindruck]). – Die Konzentration der Stickoxide ist allgemein so gering, daß eine direkte Schädigung der Pflanzen durch NOx kaum ins Gewicht fällt (Rauchgasschäden). Größere Bedeutung für das „Waldsterben“ (neuartige Waldschäden, saurer Regen) haben die Stickoxide wahrscheinlich in ihrer Beteiligung an der Entstehung von Ozon. Luftverschmutzung (Tab.); Stickstoffkreislauf .

B.S./W.H.M./A.W.

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