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        氮的固定

        互联网

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        虽然大气含有约 80% 的氮气分子,地球上的动植物仍须花费一番工夫,方可取得成长所需的氮素。主要原因在于氮气分子是一个十分安定的物质,大多数生物体没办法直接利用。生物体在消化吸收氮素前,须用各种方法使氮成为含氮的化合物,如存在于自然界氮循环(nitrogen cycle)中的氨、铵离子、亚硝酸根、硝酸根等。生物体吸收这些氮化合物后,再合成生存、成长与繁衍所需的其它含氮化合物,如氨基酸、蛋白质和核酸。

        自然界固定氮的主要途径有两种。其一为闪电:闪电以其巨大的能量,把在大气中的氮分子解离,并继续与氧分子反应产生氮的氧化物,这些氧化物会溶于雨水,生成亚硝酸根及硝酸根而渗入土壤中。虽然世界上到处常有闪电,但是闪电固氮却不是一个产生含氮化合物有效的方法;每年经由闪电固氮所得的含氮化合物,顶多只占总量的10%。其二是固氮细菌:这是固定氮的最重要途径,须借助于或独自存在于土壤中,或与动植物共生,拥有固氮酵素的某些固氮细菌,如与豆类植物共生的根瘤菌。它们能吸收大气中的氮气分子,将其转变成氨及铵离子。每年经由细菌固定氮所得的含氮化合物,约占总量的 65%。

        其余 25% 的固定氮,来自于工业途径的哈柏法(Haber-Bosch process);在高温(约摄氏 400 度)高压(约 250 大气压)下,用精研的铁粉当催化剂,促使氮与氢产生反应生成氨。工业固氮是将所得的氨,再进一步制成氮肥,如硝酸铵与磷酸铵,然而此法成效不佳(产率仅约 20%)且极耗能源。

         

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