Nitrogen

Egenskaper

Nitrogen er et ikke-metall, med en elektronegativitet på 3,0. Det har fem elektroner i sitt ytre skall og er derfor trivalent i de fleste forbindelser. Trippelbindingen i molekylært nitrogen (N₂) er en av de sterkeste bindingene vi kjenner til. Molekylært nitrogen har vanskelig for å inngå i nye forbindelser, og nitrogenforbindelser har lett for å brytes ned slik at nitrogenet i forbindelsen går tilbake til nitrogen i molekylær form. Dette har hatt en dominerende innvirkning for den rolle nitrogenet spiller både i naturen og i økonomiske aktiviteter.

Ved atmosfærisk trykk kondenseres molekylært nitrogen ved 77 K (-195,8 °C, og fryser ved 63 K (-210,0 °C). Flytende nitrogen, en væske som minner om vann, med med 80,8 % av dets densitet, er et vanlig kryogen.

Isotop

Nitrogen forekommer i to stabile isotoper ¹⁴N (99.64%) og ¹⁵N (0.36%).

Forekomst og framstilling

Nitrogen er den vanligste gassen i atmosfæren fulgt av oksygenn, men i jordskorpe er nitrogen ganske uvanlig med en halt på 25 gram per tonn.

Gass Kokepunkt Volumprosent
i luften
Nitrogen -195°C 78,073%
Oksygen -183°C 20,947%
Karbondioksid -78°C 0,04%
Edelgasser varierer 0,94%

Nitrogen framstilles gjennom fraksjonert destillasjon av flytende luft. Den utgjør et biprodukt ved den teknisk viktige framstillingen av oksygen. Ren nitrogen er derfor forholdsvis billig.

Binding

Nitrogen har 5 elektroner i yttersteskall og N₂ har en trippelbinding.

Viktige forbindelser

Organiske

Amid - en stoffgruppe
Amin - en stoffgruppe
Aminosyrer - en stoffgruppe

Uorganiske

Ammoniakk (NH₃)
Ammonium (NH₄)
Blåsyre eller hydrogencyanid (HCN)
Ulike nitrogenoksid
Salpetersyre (HNO₃)

Nitrogenets kretsløp

Planter, dyrr og menneske trenger nitrogen for oppbygning av proteiner og DNA/RNA. Nitrogen finner man også i klorofyll og en rekke andre biomolekyler. Selv om det meste av lufta består av nitrogengass N₂ (78 %), må alle planter ta opp nitrogen i form av nitrat (NO₃^-) eller som ammonium (NH₄⁺) fra jord og vann.

Det lille kretsløpet

Når organismer dør blir de brutt ned av bakterier og sopper. Protein og nukleinsyrer blir spaltet til aminosyrer og nukleotider som bakteriene bruker til sin egen vekst, men det nitrogenet som blir igjen blir frigjort som ammoniakk, NH₃. Det frigjør vi også gjennom avføring og ved forbrenning av proteiner.

Ammoniakk er en svak base. Baser tar opp H⁺ ioner fra vann, så i vannløsninger vil ammoniakk foreligge som:

NH₃(aq) + H₂O(l) ⇌ NH₄⁺(aq) + OH^-(aq)

Dette tas opp av planter og kommer på den måten inn i næringskjeden igjen.

Nitrifiserende bakterie

Bakterier som omdanner ammoniakk (NH₃) til nitritt (NO₂^-) og nitrat (NO₃^-). Formålet er å skaffe seg energi til syntese av eget cellemateriale fra CO₂ og vann. Slike bakterier kan altså leve i mørke på bare uorganiske forbindelser, og tilhører de kjemoautotrofe organismene.

Denitrifiserende bakterier

Bakterier som omdanner nitrat (NO₃^-) til nitrogengass (N₂) eller lystgass (N₂O). Formålet er å skaffe seg oksygen til sin egen celleånding. Disse bakteriene kan fjerne næringsstoffene fra jordsmonnet og gjøre forholdene svært karrige etterhvert. Vi finner dem der det er lite oksygener tilstede, for eksempel i myr.

Nitrogenbindende bakterier

Bakterier som omdanner nitrogengass (N₂) fra lufta til ammoniakk (NH₃). Formålet er å skaffe seg nitrogenholdige forbindelser til oppbyggingen av egne celler. Til denne gruppa hører nitrogenfikserende blågrønnbakterier som vi finner bl.a. i rismarker, og i knoller på belgplanterne. De nitrogenbindende bakteriene lever da i symbiose med planterøttene,- de forsyner seg selv og plante med tilgjengelige nitrogenforbindelser, og mottar til gjengjeld energirike organiske forbindelser fra planten.

At belgplanter som kløver, erter og bønner forbedrer jorda, har man visst siden oldtiden. Ved å dyrke belgplanter på åkeren med jevne mellomrom og pløye dem ned, kan man tilføre jorda nitrogenforbindelser uten å bruke kunstgjødsel.

Bruk

Ammoniakk og nitratelt blir brukt industri til å lage kunstgjødsel.
Innen vitenskapen blir flytende nitrogen brukt som kjølemiddel.
Lystgass N₂O

Referanser

Los Alamos National Laboratory – Nitrogen
Chemistry of the Elements, N. N. Greenwood and A. Earnshaw. ISBN 0-08-022057-6
Biochemistry, R.H. Garrett and C.M. Grisham. 2nd edition, 1999. ISBN 0-03-022318-0
Jahn, GC, LP Almazan, and J Pacia. 2005. Effect of nitrogen fertilizer on the intrinsic rate of increase of the rusty plum aphid, Hysteroneura setariae (Thomas) (Homoptera: Aphididae) on rice (Oryza sativa L.). Environmental Entomology 34 (4): 938-943. [1]