Kas ir fiksētā slāpekļa vai slāpekļa fiksācija?
Kā darbojas slāpekļa fiksācija
Baktērijas ir atbildīgas par aptuveni 90% slāpekļa fiksācijas. ASV EPA
Lai veidotos dzīviem organismiem, nepieciešams slāpeklis nukleīnskābes , olbaltumvielas un citas molekulas. Tomēr slāpekļa gāze, Ndivi, atmosfērā nav pieejams lielākajai daļai organismu, jo ir grūti saraut trīskāršo saiti starp slāpekļa atomiem. Slāpeklis ir “jānofiksē” vai jāsaista citā formā, lai dzīvnieki un augi to izmantotu. Šeit ir apskatīts, kas ir fiksētais slāpeklis, un dažādu fiksācijas procesu skaidrojums.
Fiksētais slāpeklis ir slāpekļa gāze, Ndivi, kas ir pārveidots par amonjaku (NH3, amonija jons (NH4, nitrāts (NO3, vai citu slāpekļa oksīdu, lai dzīvie organismi to varētu izmantot kā uzturvielu. Slāpekļa fiksācija ir galvenā sastāvdaļa slāpekļa cikls .
Kā tiek fiksēts slāpeklis?
Slāpekli var fiksēt, izmantojot dabiskos vai sintētiskos procesus. Ir divas galvenās dabiskā slāpekļa fiksācijas metodes:
Zibens nodrošina enerģiju, lai reaģētu uz ūdeni (HdiviO) un slāpekļa gāze (Ndivi), veidojot nitrātus (NO3) un amonjaks (NH3). Lietus un sniegs iznes šos savienojumus uz virsmu, kur augi tos izmanto.
Mikroorganismus, kas piesaista slāpekli, kopīgi sauc par diazotrofi . Diazotrofi veido aptuveni 90% dabiskā slāpekļa fiksācijas. Daži diazotrofi ir brīvi dzīvojošas baktērijas vai zilaļģes, savukārt citi diazotrofi pastāv simbiozē ar vienšūņiem, termītiem vai augiem. Diazotrofi pārvērš slāpekli no atmosfēras amonjakā, ko var pārvērst nitrātos vai amonija savienojumos. Augi un sēnes izmanto savienojumus kā barības vielas. Dzīvnieki iegūst slāpekli, ēdot augus vai dzīvniekus, kas ēd augus.
Ir vairākas sintētiskās metodes slāpekļa fiksēšanai:
Hābera process vai Haber-Bosch process ir visizplatītākā komerciālā slāpekļa fiksācijas un amonjaka ražošanas metode. Reakciju aprakstīja Frics Hābers, nopelnot viņam 1918. gada Nobela prēmiju ķīmijā, un 20. gadsimta sākumā to rūpnieciskai lietošanai pielāgoja Kārlis Bošs. Šajā procesā slāpeklis un ūdeņradis tiek uzkarsēti un pakļauti spiedienam traukā, kurā ir dzelzs katalizators, lai iegūtu amonjaku.
Cianamīda procesā veidojas kalcija cianamīds (CaCNdivi, kas pazīstams arī kā Nitrolime) no kalcija karbīda, kas tiek karsēts tīra slāpekļa atmosfērā. Kalcija cianamīds tiek izmantots kā augu mēslojums.
Lords Reilijs 1895. gadā izstrādāja elektriskā loka procesu, padarot to par pirmo sintētisko metodi slāpekļa fiksēšanai. Elektriskā loka process laboratorijā fiksē slāpekli līdzīgi, kā zibens fiksē slāpekli dabā. Elektriskais loks reaģē ar skābekli un slāpeklis gaisā veidot slāpekļa oksīdus. Ar oksīdu piesātinātais gaiss tiek izpūsts caur ūdeni, lai izveidotu slāpekļskābe .