سه شنبه 3 اسفند 1395 - 24 جمادي الاول 1438 - 21 فوريه 2017
بخش زیادی از نیتروژنی که طی دنیتریفیکاسیون از خاک به جو وارد می شود،از راه تبدیل نیتروژن مولکولی جو به شکل ترکیبی یا تثبیت شده جبران می گردد.به فرایند احیای نیتروژن مولکولی به آمونیاک تثبیت نیتروژن گفته می شود. ...
عکس نویسنده
عکس نویسنده
بازدید :
زمان تقریبی مطالعه :

تثبیت نیتروژن

اهداف:

  • آشنایی با تثبیت نیتروژن به روش صنعتی
  • آشنایی با تثبیت نیتروژن زیستی

 

شروع درس:

بخش زیادی از نیتروژنی که طی دنیتریفیکاسیون از خاک به جو وارد می شود، از راه تبدیل نیتروژن مولکولی جو به شکل ترکیبی یا تثبیت شده جبران می گردد. به فرایند احیای نیتروژن مولکولی به آمونیاک تثبیت نیتروژن گفته می شود.

تقریباً 10 درصد از نیتروژن مولکولی که سالانه تثبیت می شود،متعلق به اکسیدهای نیتروژن موجود در جو است. رعد و برق و اشعه ی ماورای بنفش از انرژی کافی برای تبدیل نیتروژن مولکولی به اکسیدهای نیتروژن (N2O,NO) برخوردار دارند. احتراق های صنعتی، آتش سوزی های جنگل، دود اتومبیل و نیروگاه های برق از جمله سایر منابع اکسیدهای نیروژن  جوند. اگرچه شیمی اکسیدهای نیتروژنی جو پیچیده و فعلاً نامعلوم است، ولی به نظر می رسد هم NO و هم NO2 به سرعت به اسید نیتریک HNO3 تبدیل می شوند. اسید نیتریک حاصل نیز ممکن است همراه با قطرات باران و یا پس از آنکه جذب اجزای جامد جو شد، به زمین برگردانده شود.


تقریباً 30 درصد دیگر از نیتروژن مولکولی(80میلیون تن) که سالانه تثبیت می شود به صورت تثبیت صنعتی نیتروژن است. فرایند صنعتی مذکور (که به فرایند هاربر- بوش معروف است) نیتروژن مولکولی را در ماهای بالا(300 تا 400 درجه ی سانتی گراد) و فشار بالا (35 تا 100مگا پاسکال) با هیدروژن ترکیب می کند.

 

از آنجا که فرایند صنعتی یادشده برای رسیدن به دما و فشارهای بالا و تهیه ی هیدروژن از گاز طبیعی به سوخت فسیلی فراوانی نیاز دارد، تثبیت نیتروژن مولکولی خیلی گران تمام می شود. بخش اعظم نیتروژنی که به صورت صنعتی تثبیت می شود، به تولید کودهای شیمیایی برای کشاورزی اختصاص می یابد. حدود 1.5   کیلوگرم سوخت برای تولید و تحویل یک کیلوگرم نیتروژن به مزرعه به مصرف می رسد.

 

 

بقیه نیتروژنی که سالانه در کل جهان تثبیت می شود و معادل 60 درصد یا 150 تا 190 میلیون تن است، توسط میکروارگانیسم های زنده ای که نیتروژن مولکولی را به آمونیاک احیا می کنند تثبیت می شود. به این فرایند، تثبیت بیولوژیکی نیتروژن گفته می شود.

 

تثبیت بیولوژیکی نیتروژن

تثبیت بیولوژیکی نیتروژن کاملاً منحصر به پروکاریوت هاست. گیاهان، موجودات یوکاریوتی اند که محدود بودن هسته در درون یک غشا،وجه تمایز سلول های آن هاست. موجودات یوکاریوت به دلیل نداشتن لوازم بیوشیمیایی مربوطه قادر به تثبیت نیتروژن مولکولی نیستند. باکتری ها و سیانو باکترها، موجوداتی پروکاریوتی اند که مواد ژنتیکی آن ها در اندامکی که توسط یک غشاء محصور شده باشند قرار ندارند.

 

با توجه به این که فقط پروکاریوت ها دارای کمپلکس آنزیمی دی نیتروژناز و در نتیجه قادر به احیای نیتروژن مولکولی به آمونیاک اند، تثبیت نیتروژن به این موجودات محدود شده است. با وجود سادگی ظاهری، تثبیت بیولوژیکی نیتروژن فرایندی است که از نظر بیوشیمایی و فیزیولوژیکی  پیچیدگی های زیادی دارد.


پروکاریوت های تثبیت کننده ی نیتروژن را به طور کلی تثبیت کنندگان نیتروژن می گویند. آن ها شامل موجودات مستقل و همچنین موجوداتی که با سایر موجودات زنده روابط همزیستی ایجاد می کنند، می باشند.

 

 

 

توضیح فیلم:

نیتروژن از جو می تواند وارد خاک شود اما این نیتروژن توسط گروهی از باکتری ها می تواند به مصرف گیاه و از آن طریق به مصرف بقیه موجودات برسد.

 

تثبیت کنندگان نیتروژن آزادزی

باکتری های مستقل تثبیت کننده به صورت فراگیری در جهان وجود دارند. زیستگاه آن ها شامل رسوبات دریاها و رودخانه ها، خاک، سطح برگ ها و پوست درختان و روده ی حیوانات مختلف است. اگرچه برخی از این باکتری ها هوازی اند، ولی بیشتر آن ها نیتروژن مولکولی را فقط در شرایط غیرهوازی و یا شرایطی که فشار جزیی اکسیژن خیلی کم باشد (میکروائروبیک) تثبیت می کنند. این باکتری ها شامل جنس های غیرفتوسنتز کننده و فتوسنتزکننده ها اند. گذشته از باکتری ها، چندین جنس از سیانوباکترها نیز دارای گونه ها تثبیت کننده نیتروژن اند.


اگرچه موجودات مستقل تثبیت کننده نیتروژن فراگیرند ولی بیشتر آن ها رشد کندی داشته و به استثنای دسته ای که فتوسنتز کننده اند، بقیه بیشتر به زیستگاه های غنی از کربن آلی محدود می شوند. این موجودات بخش اعظم انرژی را برای تثبیت نیتروژن هزینه می کنند و از این رو بخش اندکی از انرژی را می توانند برای رشد مصرف کنند.

 

 

 

 

  • تثبیت کنندگان نیتروژن آزادزیتثبیت کنندگان نیتروژن آزادزی
  •  

     


    مرکز یادگیری سایت تبیان - تهیه: فاضل صحرانشین سامانی
    تنظیم: مریم فروزان کیا

    تلفن : 81200000
    پست الکترونیک : public@tebyan.com
    آدرس : بلوارکشاورز ، خیابان نادری ، نبش حجت دوست ، پلاک 12

    ارتباط با ما

    روابط عمومی

    درباره ما

    نقشه سایت

    تعدادبازدیدکنندگان
    افراد آنلاین