固氮作用

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固氮作用(氮的固定/Nitrogen fixation、簡稱固氮),是指将空氣遊離態(氮气)轉化為含氮化合物(如硝酸盐二氧化氮)的过程。可分为自然固氮以及人工固氮两种。

自然固氮[编辑]

自然固氮(Natural nitrogen fixation)是在自然狀態下(非人工),將大气遊離態(氮气)轉化為含氮化合物(如硝酸盐二氧化氮)的過程。自然固氮的途徑主要有兩種:

  1. 氣電固氮,在大氣中遊離態的氮通過閃電等產生含氮化合物的高能固氮,約占自然固氮的10%。
  2. 生物固氮,即自然界中的一些微生物種群(如豆科植物的根瘤菌)通過體內的固氮酶將空氣中的氮氣通過生物化學過程轉化為含氮化合物,約占自然固氮的90%。

生物固氮[编辑]

微生物自生或与植物共生,通过体内固氮酶的作用,将大气中的氮还原成氨的过程。

自生固氮的细菌有固氮菌、巴氏梭菌、克氏杆菌、光合细菌等。与豆科植物共生固氮的有根瘤菌。非豆科植物共生固氮的有放线菌。蓝藻如念珠藻、项圈藻等能自身固氮,也能与其他植物如满地红共生固氮。此外茜草科紫金牛科薯蓣科中某些植物叶片上有固氮微生物共生的叶瘤。

固氮機制[编辑]

固氮对于植物和土壤的氮肥供应有重要作用。其機制即菌體通過固氮酶大气遊離態(氮气)轉化為含氮化合物、注入到土壤中,从而提高土壤的肥力,謂之生物固氮。或大氣中遊離態的氮通過閃電等產生含氮化合物的高能固氮,謂之氣電固氮。

人工固氮[编辑]

人工固氮一般指通过化学方法,使氮气单质转化为含氮的化合物。目前工业上最常用的是哈伯法,也就是氮气氢气在高温高压催化剂()作用下发生化合生成,然后再经一系列的反应转化为其他有价值的化合物,如硝酸氮肥、含氮炸药等等。

人工固氮的另一种则是仿生固氮。目前仿生固氮的研究正在进行之中,主要以双氮配合物为基础,用过渡金属的双氮配合物弱化氮氮间的三键,从而达到固氮的目的。第一个双氮配合物于1965年制得([Ru(NH3)5(N2)]2+)。[1]此类配合物中的双氮配体可以只和一个金属中心相连,也可以作两个(或多个)金属的桥连配体。2003年报道了首个在常温常压下将氮气还原为氨的例子(见下图),然而催化效果不理想,催化剂容易失去活性:[2][3]

仿生固氮Yandulov 2006

参考资料[编辑]

  1. ^ Chem. Commun. 1965, pp. 621-622
  2. ^ Synthesis and Reactions of Molybdenum Triamidoamine Complexes Containing Hexaisopropylterphenyl Substituents Dmitry V. Yandulov, Richard R. Schrock, Arnold L. Rheingold, Christopher Ceccarelli, and William M. Davis Inorg. Chem.; 2003; 42(3) pp 796 - 813; (Article) doi:10.1021/ic020505l
  3. ^ Catalytic Reduction of Dinitrogen to Ammonia at a Single Molybdenum Center Dmitry V. Yandulov and Richard R. Schrock Science 4 July 2003: Vol. 301. no. 5629, pp. 76 - 78 doi:10.1126/science.1085326

外部鏈接[编辑]