固定窒素または窒素固定とは何ですか?
窒素固定のしくみ
細菌は、窒素固定の約 90% を担っています。米国環境保護庁
生物が形成するためには窒素が必要です 核酸 、タンパク質、およびその他の分子。ただし、窒素ガス、N2、窒素原子間の三重結合を切断するのが難しいため、大気中のほとんどの生物は使用できません。動物や植物がそれを使用するには、窒素を「固定」するか、別の形に結合する必要があります。ここでは、固定窒素とは何か、およびさまざまな固定プロセスについて説明します。
固定窒素は窒素ガス、N2、アンモニア (NH3、アンモニウムイオン（NH4、硝酸塩（NO3、または別の窒素酸化物であるため、生物が栄養素として使用できます。窒素固定は、 窒素循環 .
窒素はどのように固定されていますか?
窒素は、天然または合成プロセスによって固定される場合があります。自然窒素固定には 2 つの重要な方法があります。
雷は水を反応させるエネルギーを提供します (H2O) と窒素ガス (N2) 硝酸塩 (NO3) とアンモニア (NH3）。雨や雪がこれらの化合物を表面に運び、そこで植物がそれらを使用します.
窒素を固定する微生物を総称して、 ジアゾ栄養剤 .ジアゾトロフは、自然の窒素固定の約 90% を占めています。いくつかのジアゾ栄養生物は、自由生活性のバクテリアまたはラン藻であり、他のジアゾ栄養生物は、原生動物、シロアリ、または植物と共生しています。ジアゾ栄養生物は、大気中の窒素をアンモニアに変換し、これを硝酸塩またはアンモニウム化合物に変換できます。植物や菌類はこの化合物を栄養素として利用します。動物は植物や植物を食べる動物を食べることによって窒素を取得します。
窒素を固定するための複数の合成方法があります。
ハーバープロセスまたは ハーバー・ボッシュ法 窒素固定とアンモニア生産の最も一般的な商業的方法です。この反応はフリッツ ハーバーによって記述され、1918 年のノーベル化学賞を受賞し、カール ボッシュによって 20 世紀初頭に工業用に採用されました。このプロセスでは、鉄触媒を含む容器内で窒素と水素を加熱および加圧して、アンモニアを生成します。
シアナミドプロセスは、カルシウムシアナミド（CaCN2、ニトロライムとしても知られている）純粋な窒素雰囲気で加熱されたカルシウムカーバイドから。カルシウムシアナミドは、植物肥料として使用されます。
レイリー卿は 1895 年に電気アーク法を考案し、窒素を固定する最初の合成法となりました。電気アーク プロセスは、雷が自然界で窒素を固定するのとほぼ同じように、実験室で窒素を固定します。電気アークは酸素と反応し、 空気中の窒素 窒素酸化物を形成します。酸化物を含んだ空気が水を泡立てて形成されます 硝酸 .