Nitrogeno^[2] (aŭ azoto^[3][4]) estas kemia elemento, kies simbolo estas N, atomnumero 7 kaj molekula maso 14, entenanta 7 protonojn kaj 7 neŭtronojn. Ĝi apartenas al la 15-a grupo aŭ familio de la perioda tabelo kaj estas la 5-a plej abunda elemento de la universo^[5][6]. En la normaj kondiĉoj de temperaturo kaj premo (t. e., je 25 °C kaj 1 atm) ĝi troviĝas en la gasa stato, ĉefe en ties molekula formulo (N₂), reprezentante ĉirkaŭ 78% de la volumeno de la tera atmosfero. Ĝia plej grava komerca uzo estas en la produktado de la gaso amoniako (NH₃) laŭ la Habera Procezo.

Historio

La malkovro de la nitrogeno estas atribuita al la skota kuracisto Daniel Rutherford, en 1772, al kiu li nomis danĝera aero^[7][8]. Kvankam li ne agnoskis ĝin kiel substancon tute diferencan, li klare distingis ĝin el la fiksa aero (CO₂). Tamen, la fakto pri la ekzisto de iu komponanto kiu ne subtenas la bruladon estis evidenta por tiu sciencisto.

Ĉirkaŭ la sama epoko, nitrogeno estis studita de aliaj esploristoj same kiel Carl Wilhelm Scheele, Henry Cavendish, kaj Joseph Priestley, kiu alnomis ĝin bruligita aero aŭ flogistona aero^[9]. Nitrogeno estis gaso tiel inerta, ke Antoine Lavoisier aludis al ĝi kiel malutila gaso, kiun li prenis el la greka vorto ἄζωτος, kies signifo estas azoto aŭ senviva. Ene de ĝi, la bestaro mortadas kaj flamoj estingiĝas. Ĉi-malutila gaso konstituas ĉefe de N₂, tamen ĝi eble entenas 1% da argono.

Nitrogeno troviĝas en protoplasmo kaj en la histo de la plantoj kaj la animaloj. Ĝi estas la ĉefa komponanto de la proteinoj. La plantoj akiras nitrogenon el nitrogenaj kombinaĵoj el la grundo. La animaloj akiras la nitrogenon kiam ili manĝas la plantojn aŭ aliajn bestojn. En naturo, la elemento nitrogeno obeas al ciklo konata kiel nitrogena ciklo.

La nomo azoto kreita de Lavoisier ankoraŭ estas uzata en multaj idiomoj kaj ĝi restas en komponaĵoj kiel Hidrazino (N₂H₄), Azida jono (N₃⁻), ktp. La vorto Nitrogeno estis kreita en 1790, de la franca kemiisto Jean-Antoine Chaptal (1756–1832) kiu prenis ĝin el la greka νίτρον (nitron) plue la afikso -gen (generi). La nitrogeno estas trovata en la Nitrata acido. Do, Chaptal havis la koncepton, ke nitrogeno estas esenca parto de la nitrata acido, kiu siavice partoprenis en la formado de la kalia nitrato, konata kiel nitre liaepoke. La vorto nitro estis konata de la antikvuloj por priskribi la natriajn salojn entenintajn nitraton, kies alnomo estas natron.

La nitrogenaj komponaĵoj estis bone konitaj en la Mezepoko. La alkemiistoj konis la nitratan acidon kiel aqua fortis (forta akvo). La miksaĵo de la acidoj nitrata kaj klorida estis konata kiel aqua regia (reĝa akvo), ĉie fama dank'al ties kapableco je dissolvado de oro, konsiderita kiel la reĝo de la metaloj. La plej fruaj milita, industria kaj agrikultura aplikoj de la nitrogenaj kombinaĵoj uzis la kalian aŭ natrian nitraton, plej ĉefe en la pulvo, kaj pli malfrue kiel sterko. En 1910, Lordo Rayleigh malkovris ke ia elektra malŝarĝo en atmosfero de nitrogeno produktas aktivan nitrogenon, ian alotropan formon konsideratan unuatoma. La turniĝanta nubo da brila flava lumo produktita de lia aparato reakciis kun la Hidrargo kaj formiĝis nitrido de hidrargo (Hg₃N₂).

Dum multe da tempo, la nitrogenaj komponaĵoj estis limigitaj. Naturaj fontoj formiĝis aŭ biologie aŭ el nitrataj deponejoj produktitaj en la atmosferaj reakcioj. La nitrogena fiksado pere de industria manufakturo same kiel la Procezo de Frank-Caro (1895-1899) aŭ tiu de Haber-Bosch (1908-1913) provizis la mondan malabundecon de nitrogenaj komponaĵoj, laŭmezure kiel duono de la monda manĝoproduktado nuntempe baziĝas sur la sintezaj nitrogenaj sterkoj. Paralele, la aplikado de la Procezo Ostwald (1902) kondukis al larĝaskale industria produktiĝo de nitratoj, kiuj nutris la eksplodfabrikantojn en la du mondaj militoj dum la 20-a jarcento.

Uzo kiel sterko

La nitrogenhava sterko estas la substanco, kiun la plantaro plej bezonas. Ĝi estas makronutraĵo primara aŭ nobla. Tamen, pro la plurdiverseco de kemiaj kaj biologiaj reakcioj, pro la dependeco de la mediaj kondiĉoj kaj pro ties efekto sur la alta produktaro de la plantokulturoj, la nitrogeno estas ankaŭ la elemento kiu prezentas pli grandan malfacilecon rilate al la agrikultura produktado, eĉ en alte teknikaj propraĵoj. La preferaj absorboformoj de nitrogeno fare de la plantaro estas la Amonio (NH₃) kaj la Nitrato (NO₃⁻). Simplaj nitrogenhavaj komponaĵoj, samkiel la ureo kaj kelkaj aminoacidoj, ankaŭ estas absorbeblaj, sed ili estas malmulte trovataj liberforme en la grundo.

Kvankam ĝi estas la plej abunda nutroelemento en la surtera atmosfero, la Nitrogeno ne partoprenas en la komponado de ajna tera ŝtonaĵo. Eble pro tio, ĝi estas la plej altkosta elemento de la sterkoj, ĉar, por ĝia formiĝo estas necesaj diversaj kemiaj reakcioj, kiuj bezonas multan energion. Tia aserto praviĝas kaŭze de la malfacila sintezo kaj alta energia kosto por la formiĝo de la (NH₃). La formoj preferataj de la nitrogeno en la sterkoj estas la nitratoj (ekzemple: kalcia nitrato), amoniaj (amonia nitrato) kaj amidohavaj (Ureo). La koncentriĝo de nitrogeno en la sterkoj varias elde 82% en la Amoniako anhidra ĝis kelkaj dekopoj de 1% en kelkaj organikaj komponaĵoj.

Abundo kaj akirado

La nitrogeno estas la ĉefa komponaĵo de la tera atmosfero (78,1 % en volumo). Ĝi estas produktita, por industriuzoj, pere de la frakcia distiliĝo de la likvigita aero aŭ per mekanikaj procezoj, uzante la gasan aeron. En tiu kazo ekzistas du metodoj: aŭ uzante la osmozan premon aŭ pere de adsorbo laŭ premointerŝanĝo. La komerca nitrogeno ofte estas kromprodukto de la aerprocezado por industrikoncentriĝo de la oksigeno en la ŝtalfabrikado kaj alicele. Kiam provizita en kunpremitaj cilindroj la produkto estas konata kiel oksigenlibera nitrogeno.

En kemia laboratorio la nitrogeno prepariĝas pere de traktado de akva solvaĵo kun amonia klorido kaj natria nitrido, laŭ la ekvacio:

Malgrandaj kvantoj de malpuraĵoj kiel NO kaj HNO₃ formiĝas dum ĉi-reakcio. La malpuraĵoj estas forigeblaj trairigante la gason en akvan sulfatan acidon entenantan kalian dukromiaton. Nitrogeno tre pura estas preparebla pere de terma malkomponiĝo de la baria nitrido aŭ natria nitrido, kiel montras la ekvacio:

Komponaĵoj

Kun la hidrogeno ĝi formas la amoniakon (NH₃) kaj la hidrazinon (N₂H₄). La likva amoniako, kiu estas amfotera en akva medio, agadas kiel bazo en akva solvaĵo formante amoniajn jonojn (NH₄⁺). La sama amoniako kondutas sin kiel acido en akva malĉeesto, fordonante protonon al iu bazo, kaj formante la anjonon amidan (NH₂⁻). Longĉenaj kaj ciklaj nitrogenkomponaĵoj ankaŭ estas konataj, tamen, ili estas tre malstabilaj.

Kun la oksigeno ĝi formas plurajn oksidojn samkiel Nitrozan oksidon (N₂O)aŭ ridigan gason, la Nitratan oksidon (NO) kaj la nitrogenan duoksidon (NO₂). Ĉi tiuj du lastaj estas produktoj de la bruladoprocezo, kaj kontribuas por la formado de la fotokemiaj malpuraĵoj. Aliaj konataj oksidoj estas la nitrogena trioksido (N₂O₃) kaj la nitrogena kvinoksido (N₂O₅), ambaŭ tre malstabilaj kaj eksplodemaj, kies respektivaj acidoj estas la Nitroza acido (HNO₂) kaj la Nitrata acido (HNO₃), kiuj, iliavice, formas la salojn nitritajn kaj nitratajn.

Biologia agado

La nitrogeno estas la ĉefa komponanto de la aminoacidoj kaj nukleaj acidoj, kiuj estas vitalaj por la vivaj estuloj. La leguminozoj kapablas disvolvi simbiozon kun certaj grundobakterioj nomataj rizobioj, kiuj povas absorbi rekte la nitrogenon de la aero, kaj ĉi-tiuj transformiĝas en amoniakon, kiu rapide estas konsumita de la plantaro. En la plantoj, la amoniako reduktiĝas al nitrido (NO₂⁻) far la enzimo nitrida reduktazo kaj tuj poste transformiĝas en nitraton (NO₃⁻) far la enzimo nitrata reduktazo. Poste, la nitrato estas uzata de la planto por formi la grupon aminon de la aminoacidoj, kiuj, finfine, partoprenas en la Manĝoĉeno. Bona ekzemplo de tiu procezo oni povas konstati en la sojfaba produktado, ĉar tiu kulturado forhavas la nitrogenhavan sterkadon.

Nitrogena ciklo

Pli detalaj informoj troveblas en artikolo Nitrogena ciklo.

Skema reprezentado de la nitrogena ciklo en la vivmedio

La ciklo de la nitrogeno estas la procezo per kiu la nitrogeno konvertiĝas en ties diversajn kemiajn kombinaĵojn. La transformiĝo okazas kaj per biologiaj kaj per fizikaj procezoj. Gravaj procezoj en la nitrogena ciklo inkludas la nitrogenan fiksadon, la Amonifiksadon aŭ mineraligon, la nitrito-konvertiĝon kaj la nitrito-malkonvertiĝon. La plej granda parto de la tera atmosfero (78%) komponiĝas de nitrogeno.

Tamen, la atmosfera nitrogeno havas limigitan uzon por biologiaj celoj, kaj tio rezultas en raraj eblecoj pri la uzo de nitrogeno en multaj sektoroj de la ekosistemo. La ciklo de la nitrogeno estas ĉefe interesa ĉar la nitrogenhavebleco afekteblas la disvolviĝon de la plej gravaj ekosistemaj procezoj, inkluzivante la primaran produktadon^[10] kaj la malkomponiĝadon. Homaj aktivecoj, kiel la fosiliaj brulaĵoj, la uzado de artefaritaj nitrogensterkoj, kaj la nitrogenliberigo en la reziduaj akvoj draste ŝanĝis la nitrogenan ciklon de la terglobo.

Listo de sciencistoj kiuj esploris la nitrogenon

• 
  Henry Cavendish
  (1731-1810)
• 
  Joseph Priestley
  (1733-1804)
• 
  Carl Wilhelm Scheele
  (1742-1786)
• 
  Antoine Lavoisier
  (1743-1794)
• 
  Daniel Rutherford
  (1749-1819)
• 
  Jean-Antoine Chaptal
  (1756-1832)
• 
  Adolph Frank
  (1834-1916)
• 
  Lordo Rayleigh
  (1842-1919)
• 
  Fritz Haber
  (1868-1934)
• 
  Nikodem Caro
  (1871-1935)
• 
  Carl Bosch
  (1874-1940)

Referencoj

Bibliografio

• Emsley, John (2011). Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements (New ed.). New York, NY: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-960563-7.
• Garrett, Reginald H.; Grisham, Charles M. (1999). Biochemistry (2nd ed.). Fort Worth: Saunders College Publ. ISBN 0-03-022318-0.

Vidu ankaŭ

• Nutraĵo
• Kemio
• Listo de kemiaj elementoj laŭ atomnumero
• Perioda tabelo
• Nitrogena fiksado
• Nitroglicerino
• Amino
• Amido
• Nitrogena ciklo

Eksteraj ligiloj

• Etymologio de Nitrogeno
• Nitrogen ĉe The Periodic Table of Videos (University of Nottingham)
• Nitrogen podcast el verko de Royal Society of Chemistry nome Chemistry World