Vad är fixerat kväve eller kvävefixering?

Levande organismer behöver kväve för att bilda nukleinsyror, proteiner och andra molekyler. Emellertid kvävgas, N₂, i atmosfären är inte tillgängligt för de flesta organismer på grund av svårigheten att bryta trippelbindningen mellan kväveatomer. Kväve måste "fixas" eller bindas till en annan form för att djur och växter kan använda det. Här är en titt på vad fast kväve är och en förklaring av olika fixeringsprocesser.

Fast kväve är kvävgas, N₂, som har omvandlats till ammoniak (NH₃, en ammoniumjon (NH₄, nitrat (NO₃, eller en annan kväveoxid så att den kan användas som näringsämne av levande organismer. Kvävefixering är en viktig komponent i kvävcykeln.

Hur är kväve fixat?

Kväve kan fixeras via naturliga eller syntetiska processer. Det finns två viktiga metoder för naturlig kvävefixering:

• Blixt
  Blixten ger energi för att reagera vatten (H₂O) och kvävgas (N₂) för att bilda nitrater (NO₃) och ammoniak (NH₃). Regn och snö bär dessa föreningar till ytan, där växter använder dem.
• Bakterie
  Mikroorganismer som fixar kväve kallas kollektivt diazotrophs. Diazotrofer svarar för cirka 90% av den naturliga kvävefixeringen. Vissa diazotrofer är frittlevande bakterier eller blågröna alger, medan andra diazotrofer finns i symbios med protozoer, termiter eller växter. Diazotrofer omvandlar kväve från atmosfären till ammoniak, som kan omvandlas till nitrater eller ammoniumföreningar. Växter och svampar använder föreningarna som näringsämnen. Djur får kväve genom att äta växter eller djur som äter växter.

Det finns flera syntetiska metoder för fixering av kväve:

• Haber eller Haber-Bosch-processen
  Haber-processen eller Haber-Bosch-processen är den vanligaste kommersiella metoden för kvävefixering och ammoniakproduktion. Reaktionen beskrevs av Fritz Haber, som tjänade honom Nobelpriset i kemi från 1918 och anpassades för industriellt bruk 20-talet av Karl Bosch. Under processen upphettas kväve och väte och trycksätts i ett kärl innehållande en järnkatalysator för att producera ammoniak.
• Cyanamidprocess
  Cyanamidprocessen bildar kalciumcyanamid (CaCN)₂, även känd som Nitrolime) från kalciumkarbid som värms upp i en ren kväveatmosfär. Kalciumcyanamid används sedan som växtsködsel.
• Process för elektrisk båge
  Lord Rayleigh tänkte fram den elektriska bågprocessen 1895, vilket gjorde den till den första syntetiska metoden för fixering av kväve. Den elektriska bågprocessen fixar kväve i ett laboratorium på ungefär samma sätt som blixt fixar kväve i naturen. En elektrisk båge reagerar syre och kväve i luften och bildar kväveoxider. Den oxidbelastade luften bubblas genom vatten för att bilda salpetersyra.