Was ist fixierter Stickstoff oder Stickstofffixierung?
Wie die Stickstofffixierung funktioniert
Bakterien sind für etwa 90 % der Stickstofffixierung verantwortlich. US EPA
Lebende Organismen brauchen Stickstoff, um sich zu bilden Nukleinsäuren , Proteine und andere Moleküle. Das Stickstoffgas Nzwei, in der Atmosphäre ist für die meisten Organismen nicht verfügbar, da es schwierig ist, die Dreifachbindung zwischen Stickstoffatomen aufzubrechen. Stickstoff muss „fixiert“ oder in einer anderen Form gebunden werden, damit Tiere und Pflanzen ihn nutzen können. Hier ist ein Blick darauf, was fixierter Stickstoff ist, und eine Erklärung der verschiedenen Fixierungsprozesse.
Fester Stickstoff ist Stickstoffgas, Nzwei, das zu Ammoniak (NH3, ein Ammoniumion (NH4, Nitrat (NO3, oder ein anderes Stickoxid, damit es von lebenden Organismen als Nährstoff verwendet werden kann. Die Stickstofffixierung ist eine Schlüsselkomponente der Stickstoffkreislauf .
Wie wird Stickstoff fixiert?
Stickstoff kann durch natürliche oder synthetische Prozesse fixiert werden. Es gibt zwei Schlüsselmethoden der natürlichen Stickstofffixierung:
Blitze liefern Energie, um Wasser zu reagieren (HzweiO) und Stickstoffgas (Nzwei) zur Bildung von Nitraten (NO3) und Ammoniak (NH3). Regen und Schnee tragen diese Verbindungen an die Oberfläche, wo Pflanzen sie nutzen.
Mikroorganismen, die Stickstoff fixieren, werden zusammenfassend als bezeichnet Diazotrophe . Diazotrophe machen etwa 90 % der natürlichen Stickstofffixierung aus. Einige Diazotrophe sind frei lebende Bakterien oder Blaualgen, während andere Diazotrophe in Symbiose mit Protozoen, Termiten oder Pflanzen existieren. Diazotrophe wandeln Stickstoff aus der Atmosphäre in Ammoniak um, das in Nitrate oder Ammoniumverbindungen umgewandelt werden kann. Pflanzen und Pilze verwenden die Verbindungen als Nährstoffe. Tiere erhalten Stickstoff, indem sie Pflanzen oder Tiere fressen, die Pflanzen fressen.
Es gibt mehrere synthetische Methoden zur Fixierung von Stickstoff:
Der Haber-Prozess bzw Haber-Bosch-Verfahren ist die gebräuchlichste kommerzielle Methode zur Stickstofffixierung und Ammoniakproduktion. Die Reaktion wurde von Fritz Haber beschrieben, der ihm 1918 den Nobelpreis für Chemie einbrachte, und Anfang des 20. Jahrhunderts von Karl Bosch für die industrielle Nutzung adaptiert. Dabei werden Stickstoff und Wasserstoff in einem Gefäß mit einem Eisenkatalysator erhitzt und unter Druck gesetzt, um Ammoniak zu erzeugen.
Der Cyanamidprozess bildet Calciumcyanamid (CaCNzwei, auch Nitrokalk genannt) aus Calciumcarbid, das in reiner Stickstoffatmosphäre erhitzt wird. Kalkstickstoff wird dann als Pflanzendünger verwendet.
Lord Rayleigh entwickelte 1895 das Lichtbogenverfahren und war damit die erste synthetische Methode zur Fixierung von Stickstoff. Der Lichtbogenprozess fixiert Stickstoff in einem Labor ähnlich wie ein Blitz Stickstoff in der Natur fixiert. Ein Lichtbogen reagiert Sauerstoff und Stickstoff in der Luft Stickoxide zu bilden. Die oxidbeladene Luft wird zur Bildung durch Wasser geblasen Salpetersäure .