Oxidationszahlen, Knöllchen und Kläranlage — hier wird der Weg des Stickstoffs durchgerechnet und durchdacht.
Dein Fortschritt:
0 / 0 Aufgaben
1
Übungsaufgaben
Zehn Übungen zum Klicken, Zuordnen, Rechnen und Knobeln — von AFB I bis AFB III, mit einer Mix-Aufgabe aus früheren Kapiteln und einer Trickaufgabe. Jede Übung gibt sofort Rückmeldung; bei Schwierigkeiten helfen die gestuften Tipps.
A1
Werkzeuge der Stickstoff-Fixierung
AFB I
Ordnen Sie jedem Begriff die passende Beschreibung zu.
Klicken Sie links einen Eintrag an und dann rechts den passenden — es entsteht eine Verbindungslinie. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, ↑/↓ zum Wandern.
Nitrogenase wird von O₂ zerstört — Leghämoglobin und Heterocysten sind zwei Lösungen für dasselbe Problem. Harnstoff wird von Destruenten ammonifiziert, N₂O entweicht bei unvollständiger Denitrifikation.
Zwei Begriffe haben mit dem Schutz vor Sauerstoff zu tun.
Harnstoff stammt von Konsumenten.
A2
Oxidationszahlen bestimmen
AFB I
Geben Sie die Oxidationszahl des Stickstoffs in den Verbindungen an.
Wählen Sie in jedem Menü den passenden Eintrag. Alle Felder müssen stimmen.
Verbindung
Oxidationszahl von N
Ammoniak NH₃
Distickstoffoxid N₂O
Stickstoffmonoxid NO
Stickstoffdioxid NO₂
Salpetersäure HNO₃
NH₃: x + 3 = 0 → −III. N₂O: 2x − 2 = 0 → +I. NO: x − 2 = 0 → +II. NO₂: x − 4 = 0 → +IV. HNO₃: 1 + x − 6 = 0 → +V. Die Summe der Oxidationszahlen ist bei neutralen Molekülen null.
H zählt +I, O zählt −II.
Bei neutralen Molekülen ist die Summe null.
A3
Lupinen als Gründünger
AFB I
Ein Landwirt sät auf einem sandigen, stickstoffarmen Acker Lupinen und pflügt sie im Herbst unter. Beschreiben Sie die Vorgänge, indem Sie den Lückentext vervollständigen — drei Wörter bleiben übrig.
Wort anklicken, dann Lücke anklicken (oder umgekehrt) — mit Tab und Enter geht es genauso. Ein Klick auf eine gefüllte Lücke legt das Wort zurück.
In den Wurzeln der Lupine leben , die Luftstickstoff binden; die Pflanze versorgt sie dafür mit . Der fixierte Stickstoff liegt zunächst als vor und wird in Aminosäuren eingebaut. Nach dem Unterpflügen bauen die Pflanzenreste ab, und nitrifizierende Bakterien bilden daraus , das die nächste Kultur aufnimmt.
Übrig bleiben „Chlorophyll“, „Nitrobacter“ und „Denitrifikation“. Nitrobacter ist zwar an der Nitratbildung beteiligt, gefragt ist aber das Produkt. Denitrifikation würde dem Boden Stickstoff entziehen — das Gegenteil des Ziels.
Wer leistet die Fixierung — die Pflanze oder ihr Partner?
Die letzte Lücke ist die Form, in der Pflanzen Stickstoff meist aufnehmen.
A4
Wie viel Sauerstoff braucht die Nitrifikation?
AFB II
Auf einen Hektar Acker werden mit Gülle 28 kg Stickstoff in Form von Ammonium ausgebracht, der im Boden vollständig nitrifiziert wird. Gesamtgleichung: NH₄⁺ + 2 O₂ → NO₃⁻ + 2 H⁺ + H₂O (M(N) = 14 g/mol, M(O₂) = 32 g/mol). Berechnen Sie den Bedarf.
Rechnen Sie die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
Stoffmenge Stickstoffkmol
benötigter Sauerstoffkmol
Masse des Sauerstoffskg
freigesetzte H⁺-Ionenkmol
28 kg : 14 kg/kmol = 2 kmol N. Je N werden 2 O₂ verbraucht: 4 kmol O₂ = 4 · 32 kg = 128 kg. Zugleich entstehen 4 kmol H⁺ — die Nitrifikation versauert den Boden, deshalb wird gedüngter Boden regelmäßig gekalkt.
n = m : M.
Lesen Sie die Verhältnisse aus der Gesamtgleichung ab.
A5
Mit oder ohne Sauerstoff?
AFB II
Ordnen Sie die Vorgänge nach ihren Sauerstoffbedingungen ein.
Ziehen Sie jede Karte in den passenden Korb — oder wählen Sie sie mit Enter aus und drücken Sie dann die Ziffer des Korbs (0 legt sie zurück).
1nur mit O₂
2nur bei O₂-Mangel
3mit und ohne O₂
Nitrifizierer brauchen O₂ als Elektronenakzeptor. Denitrifizierer nutzen Nitrat nur, wenn O₂ fehlt, und die Nitrogenase wird durch O₂ zerstört. Ammonifikation leisten viele verschiedene Destruenten — mit und ohne Sauerstoff.
Wofür wird O₂ in den einzelnen Prozessen gebraucht — oder warum stört er?
Nur ein Vorgang läuft unter beiden Bedingungen.
A6
Chemosynthese und Fotosynthese
MixAFB II
Vergleichen Sie die Chemosynthese der Nitrifizierer mit der Fotosynthese der Pflanzen.
Ordnen Sie jedes Merkmal einem der drei Bereiche zu. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, dann 1–3 für den Bereich, 0 zurück.
1 nur Fotosynthese
2 beide
3 nur Chemosynthese
Aus der Fotosynthese kennen Sie Calvin-Zyklus und ATP-Synthase: Beide Wege nutzen sie. Sie unterscheiden sich nur in der Energiequelle — Licht oder die Oxidation von NH₄⁺ bzw. NO₂⁻ — und damit darin, ob O₂ entsteht oder verbraucht wird.
Überlegen Sie, woher jeweils Energie und Elektronen kommen.
Die Fixierung des CO₂ läuft in beiden gleich.
A7
Trickaufgabe: Stickstoff im Überfluss?
TrickAFB II
Eine Mitschülerin meint: „Die Luft besteht zu 78 % aus Stickstoff, deshalb kann Stickstoff für Pflanzen nie knapp werden.“ Begründen Sie, was davon zu halten ist, indem Sie alle zutreffenden Aussagen markieren.
Mehrere Antworten sind richtig. Markieren Sie alle zutreffenden und klicken Sie dann auf „Prüfen“.
Die Falle: vom großen Vorrat in der Luft auf die Verfügbarkeit zu schließen. N₂ gelangt zwar ins Blatt, wird aber nicht umgesetzt. Nur Prokaryoten mit Nitrogenase — bei Schmetterlingsblütlern die Knöllchenbakterien in den Wurzeln — machen ihn nutzbar.
Was ist verfügbar, was nur vorhanden?
Zwei Aussagen schreiben Pflanzen Fähigkeiten zu, die nur Bakterien haben.
A8
Ein Zeitungsartikel mit Fehlern
AFB III
Ein Artikel erklärt, warum ein See nach starker Düngung der Felder „umgekippt“ ist. Überprüfen Sie die Aussagen.
In diesem Text stecken Fehler. Klicken Sie genau die falschen Zeilen an — die richtigen müssen stehen bleiben.
Drei Fehler: Die Hauptursache des O₂-Mangels ist der Abbau toter Algen, die Bildung von N₂ ist eine Reduktion, und fixiert wird N₂, nicht Nitrat. Richtig ist, dass am O₂-freien Grund Denitrifikation stattfindet.
Achten Sie auf Oxidation und Reduktion.
Drei Aussagen sind falsch.
A9
Weniger Nitrat im Grundwasser
AFB III
Bewerten Sie die Maßnahmen danach, wie stark sie die Nitratauswaschung aus Äckern verringern.
Wählen Sie für jede Zeile eine Stufe von 1 (wirkungslos oder schädlich) bis 5 (sehr wirksam). Mit der Tastatur: Tab zur Zeile, ←/→ zwischen den Stufen, Enter setzt.
1 = wirkungslos oder schädlich5 = sehr wirksam
Nach der Ernte eine Zwischenfrucht säen, die über den Winter wächst
Düngung nach Bodenprobe genau auf den Bedarf der Kultur abstimmen
Gülle im Herbst auf das abgeerntete, leere Feld ausbringen
Grünland zu Ackerland umbrechen
Einen bewachsenen Randstreifen entlang des Grabens anlegen
Zwischenfrüchte nehmen im Winter Nitrat auf, das sonst ausgewaschen würde; bedarfsgerechte Düngung vermeidet Überschuss. Gülle auf leerem Feld wird nitrifiziert, ohne dass Pflanzen es aufnehmen; umgebrochenes Grünland setzt durch Ammonifikation und Nitrifikation große Mengen Nitrat frei. Randstreifen halten vor allem abgeschwemmten Boden zurück und wirken auf das Sickerwasser nur begrenzt. Benachbarte Stufen werden akzeptiert.
Wann ist Nitrat im Boden, ohne dass Pflanzen es aufnehmen?
Beim Umbruch wird viel organischer Stickstoff mineralisiert.
A10
Stickstoff aus dem Abwasser entfernen
AFB III
Kommunales Abwasser enthält viel Ammonium aus Harnstoff. Eine Kläranlage soll den Stickstoff möglichst als N₂ in die Luft abgeben. Entwickeln Sie das Verfahren, indem Sie Schritt für Schritt die beste Entscheidung treffen.
Spielen Sie den Weg Schritt für Schritt durch: Was ist jetzt richtig? Nur die richtige Karte bringt Sie weiter.
Die Stickstoffelimination kombiniert beide Bakteriengruppen räumlich getrennt: erst aerobe Nitrifikation, dann anaerobe Denitrifikation mit organischen Stoffen als Elektronenspender.
Überlegen Sie, welche Form des Stickstoffs die Denitrifizierer brauchen.
Die beiden Prozesse stellen gegensätzliche Ansprüche an den Sauerstoff.
