Cyklus dusíku v přírodě. Vlastnosti dusíku. Úloha dusíku v přírodě

Jedním z nejběžnějších chemických prvků v životním prostředí je dusík. Množství dusíku v atmosféře je velké - čtyři pětiny atmosféry tvoří tento chemický prvek. Většina prvku je ve volné formě, ve které dva atomy tvoří molekulu N2. Vzhledem k poměrně silné vazbě mezi atomy v molekule není možné tuto sloučeninu přímo použít.
Aby živé organismy plně chemizovaly tento chemický prvek, musí být přeneseny do "vázaného" stavu. V tomto stavu je dusík nabitý dusičnanový iont NO3-, ve kterém může být absorbován rostlinami.

Cyklus dusíku v přírodě je nemožný bez procesu "vazby", protože rozštěpením molekuly N2 je možné podporovat různé životní procesy na naší planetě.

Vlastnosti dusíku

Dusík je bezbarvý, netoxický plyn, který se většinou vyskytuje v přírodě ve volném stavu. To je hlavní část atmosféry - téměř 80% z nich je obsazeno molekulární hmotou. Ve své molekulární formě je dusík pro život živoucí - za normálních podmínek jeho molekuly chemicky reagují pouze s lithiem. Ale důležitost dusíku v povaze biosféry je obtížné přeceňovat. Tato látka je nedílnou součástí jakékoli, dokonce i nejjednodušší molekuly proteinu. Ale je to protein, který je základním prvkem všech živých organismů.

Jaký je cyklus

Cyklus dusíku v přírodě je ve skutečnosti řetěz uzavřených vzájemně propojených cest, kterými dusík cirkuluje v biosféře Země. V přírodě jsou hlavními dodavateli tohoto souvisejícího prvku různé mikroorganismy. Je to díky mikroskopickým pracovníkům od 90 do 140 milionů tun iontů dusíku do nezbytné podmínky pro biosféru.

Přítomnost dusíku v přírodě je z velké části důsledkem životně důležité aktivity bakterií a řas. Cyklus N2 v přírodě pochází z činností různých mikroorganismů, které extrahují dusík z rozkládajícího se odpadu. Jedna část prvku je přeměněna na molekuly nezbytné pro existenci těchto mikroorganismů. Druhá část se uvolňuje ve formě amonných iontů a molekul amoniaku. Různé typy bakterií přeměňují dusík z těchto látek na dusičnanovou formu. Dusičnové sloučeniny ve formě hnojiv jsou vstřebávány rostlinami a skrze ně živočichy. Po smrti organismu se stopový prvek vrací do půdy, aby znovu přeměnil cyklus dusíku v přírodě. Tok dusíku je uveden níže.

Během cyklu může být N2 obsažen v anorganických sedimentech nebo uvolněn v důsledku působení určitých bakterií. Navíc, vulkanické erupce práce gejzírů zvyšuje podíl této látky v zemské atmosféře.

Používání dusíku v zemědělství

Hnojení půdy s dusíkatými sloučeninami ve výši - kilogramu hnojiva na hektar půdy, můžete zvýšit výnos obilovin o několik procent.
V zemědělství, ve formě plodiny, je dusík přepravován v množství 1 milion tun, zatímco dusíkaté hnojiva jsou používány ve dvoukrát méně. Navzdory vysoké ziskovosti používání minerálních hnojiv jsou potřeby rostlin v této látce uměle pokryty pouze 20-25%. Zbývající část se extrahuje z půdy díky biologické fixaci (přírodní hnojiva). Další zvýšení výnosu bude záviset pouze na racionálním využití hnoje, zvýšení produkce minerálních hnojiv a efektivním využívání "biologického" (produkovaného mikroorganismy) vázaného dusíku.

Použití dusíku v průmyslu

Dusík se používá v průmyslu. Většina syntetizovaných látek se podílela na výrobě čpavku, výbušných systémů, různých barviv. Používá se ve zpracovatelském průmyslu - například při zpracování koksu. Vlastnosti dusíku jsou široce známé a vzaty v úvahu při výrobě různých potravinářských přídatných látek. Tekutý dusík je vynikající chladivo a je široce používán k mrazu potravin. Ale hlavním způsobem, jak ho použít, je výroba minerálních hnojiv.

Nejznámější bakterie, které převádějí dusík, se nacházejí v hlízách luštěnin. Přínosné vlastnosti dusíku pomáhají zlepšit plodnost půdy: v terénu nejdříve roztírají čočku, hrášek nebo fazole, pak se rostliny osejí do země. Pak se na tomto místě pěstují další plodiny, které mohou používat dusík jako přírodní hnojivo.

Minerální hnojiva

Přirozený dusík, vhodný jako hnojivo, však nestačil na udržení výnosů. A lidé začali používat minerální hnojiva, včetně vázaného dusíku. Technologie vázání dusíku v průmyslovém měřítku objevily němečtí vojenští vědci v předvečer první světové války. Poté byl vytvořen systém výroby amoniaku pro potřeby obranného průmyslu. Po zdokonalení technologie vědci přišli s spolehlivým schématem pro výrobu pevného dusíku pro zemědělství. Nyní zemědělci využívají více než 80 milionů tun pevného dusíku pro pěstování plodin.

Přirozeně vázaný dusík

Překvapivě je při bouřce spojeno určité množství atmosférického dusíku. Blesky se vyskytují mnohem častěji než obvykle. Během 10 sekund se objeví asi pět set světelných záblesků na světě. Vypouštění elektrické energie ohřívá atmosféru kolem sebe, dusík se spojí s kyslíkem. Nastává spalovací reakce dusíku, na jehož výstupu se získají různé typy dusíkatých sloučenin s kyslíkem. Jedná se o poměrně krásnou formu fixace dusíku, ale uvolňuje jen asi 10 milionů tun ročně.

Umělý vázaný dusík

Jak bylo napsáno výše, hlavním zdrojem dusíku jsou minerální hnojiva, která jsou ve většině zemí světa široce používána v zemědělství. Spalování všech typů fosilních paliv (uhlí, plyn, olejové deriváty) také vede k vazbě volného dusíku. Vedle přímého spalování, při provozu motorů a elektrických generátorů vzniká i teplo, které je nezbytné pro reakci dusíku s kyslíkem. Obecně se v průběhu roku vyrábí asi 20 milionů tun dusíku vhodných pro biosféru.

Závěr

Jak se v přírodě vyskytuje cyklus dusíku? Schéma tohoto pohybu může být prezentováno vizuálně. Například si lze představit, že celá biosféra je dva propojené kontejnery. Velkou kapacitou je přítomnost dusíku v přírodě hlavně v hydrosféře a atmosféře. Velmi malý obsahuje dusík, který je součástí života. Úzký průchod spojuje oba kontejnery, ve kterých dusík v jednom nebo druhém směru vstupuje do vázaného stavu. V přirozeném prostředí dochází přes tyto průchody k tomu, že dusík vstupuje do živých organismů a stává se součástí neživé povahy po jeho smrti.

Na poměrně krátkou dobu lidské činnosti začal ovlivňovat úroveň N ₂ v přírodním prostředí. Úloha dusíku v přírodě ještě není zcela pochopena. Je jasné, že každý ekologický systém je schopen asimilovat jen určité množství této látky. Přebytečný dusík v jakémkoli ekosystému vede k nadměrnému růstu rostlin, znečištění řek a vodních toků. Tento problém se nazývá eutrofizace - znečištění řas. Když dojde k tomuto problému, řasy ztmavnou nádrž a vytlačují z ní soupeřící životní formy. Po smrti velkého množství řas bude potřebovat veškerý kyslík obsažený ve vodě, aby se mohly rozkládat zbytky rostlin. Ryby, korýši a jiná zvířata opouštějí kyslíkatá vodní útvary. Voda se stává bažinatá a v některých letech se pokryje blátem. Jezero nebo rybníček se změní v mrtvou bažinu.

Další studium cyklu dusíku v přírodě pomůže předcházet následkům těchto problémů a udržovat rovnováhu mezi lidskou činností a přírodními ekosystémy.