固氮

將空氣中的游離氮轉化為化合態氮的過程,稱為固氮(nitrogen fixation)

基本介紹

• 中文名：固氮
• 外文名：nitrogen fixation
• 簡介：將游離氮轉化為化合態氮的過程
• 主要的形式：人工固氮，天然固氮，生物固氮

主要分類

人工固氮

人工固氮長期以來，人們期望著農田中糧食作物能像豆科植物一樣有固氮能力，以減少對 化肥的依賴。70年代首先實現了細菌之間的固氮 ... 目前主要在合成氨中實現人工固氮（工業上通常用H2和N2 在催化劑、高溫、高壓下合成氨，化學方程式：N2 + 3H2=（高溫高壓催化劑）2NH3）。 所有的含氮化學肥料也主要是由氨加工製成的。

人稱這種合成氨方法為"哈伯－博施法"，這是具有世界意義的人工固氮技術的重大成就。 是化工生產實現高溫、高壓、催化反應的第一個里程碑。合成氨的原料來自空氣、煤和水， 因此是最經濟的人工固氮法，從而結束了人類完全依靠天然氮肥的歷史。

最近，兩位希臘化學家，位於Thessaloniki的阿里斯多德大學的George Marnellos和MichaelStoukides發明了一種合成氨的新方法(Science，2Oct．1998，P98)。在常壓下，令氫與用氦稀釋的氮分別通入一加熱到570℃的以鍶-鈰-釔-鈣鈦礦多孔陶瓷(SCY)為固體電解質的電解池中，用覆蓋在固體電解質內外表面的多孔鈀多晶薄膜的催化，轉化為氨，轉化率達到78%；對比：幾近一個世紀的哈伯法合成氨工藝通常轉化率為10至15%！他們用線上氣相色譜檢測進出電解池的氣體，用HCl吸收氨引起的pH變化估算氨的產率，證實提高氮的分壓對提高轉化率無效；升高電流和溫度雖提高質子在SCY中的傳遞速度卻因SCY導電率受溫度限制，升溫反而加速氨的分解。

天然固氮（又稱高能固氮）

閃電能使空氣里的氮氣轉化為一氧化氮，一次閃電能生成80～1500kg的一氧化氮。這也是一種自然固氮。自然固氮遠遠滿足不了農業生產的需求。

自然固氮方程式

1)N2+O2===2NO

2)2NO+O2===2NO2

3)3NO2+H2O===2HNO3+NO

生物固氮

生物固氮是指固氮微生物將大氣中的氮還原成氨的過程。

固氮微生物固定的氮的含量遠非人工固氮和高能固氮所比，可以說，自然界中固定氮主要是靠生物固氮。生物固氮在自然界的氮循環中有著十分重要的意義。

豆科植物的根瘤菌，還有牧草和其他禾科作物根部的固氮螺旋桿菌、一些原核低等植物——固氮藍藻、自生固氮菌體內都含有固氮酶，這些酶有固氮作用。這一類屬自然固氮的生物固氮。

其反應式可以概括為：

N2 + e + H+ + ATP ——→ NH3 + ADP + Pi

實現原理

植物對氮的吸收

植物通過根部對含氮的無機化合物的吸收，以及植物葉片對氮的吸收，都可以固定氮。