ธาตุไนโตรเจน

ไนโตรเจนเป็นอโลหะหมู่ที่ VA พบมากในรูปของธาตุอิสระและสารประกอบ ในรูปของธาตุอิสระ คือ (N₂) พบในอากาศ ในอากาศมี N₂ อยู่ประมาณร้อยละ 78.09 โดยปริมาตร ในรูปของสารประกอบพบในกรดอะมิโนโปรตีน แอมโมเนีย (NH₃) สารประกอบไนเตรตต่าง ๆ เช่นโพแทสเซียมไนเตรต (KNO₃) แอมโมเนียมไนเตรต(NH₄NO₃)ก๊าซไนโตรเจน เตรียมได้จากอากาศโดยนำอากาศสะอาดและแยกก๊าซ CO₂ ไอน้ำออกแล้วมาเพิ่มความดันลดอุณหภูมิก๊าซออกซิเจนจะเป็นของเหลวก่อนที่อุณหภูมิ -183 C แยกออกซิเจนเหลวออกเมื่อเพิ่มความดันขึ้นอีก และลดอุณหภูมิ ถึง -196 C ก๊าซไนโตรเจนจะกลายเป็นของเหลว แยกก๊าซอื่น ๆ ออกก็จะได้ไนโตรเจนเหลว เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น และความดันลดลงก็จะกลายเป็นก๊าซไนโตรเจน

ประโยชน์

ไนโตรเจนเหลวซึ่งมีอุณหภูมิต่ำมาก (-196 C) ใช้สำหรับแช่แข็งอาหารประเภทต่าง ๆ

แช่แข็งเลือด เซลล์ไขกระดูกหรือส่วนต่าง ๆ ของร่างกายเพื่อช่วยยืดอายุในการเก็บรักษาใช้เตรียมก๊าซแอมโมเนีย(NH₃) และกรดไนตริก (NHO₃) ก๊าซแอมโมเนียที่ได้ใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิตปุ๋ยยูเรีย(NH₂CONH₂) ปุ๋ยแอมโมเนียซัลเฟต(NH₄) ₂SO₄) ปุ๋ยแอมโมเนียไนเตรต (NH₄NO₃) และใช้ในอุตสาหกรรมการผลิตโซดาแอชหรือโซเดียมคาร์บอเนต(Na₂CO₃) ส่วนกรดไนตริกใช้ในอุตสาหกรรมทำสี ไหมเทียมทำวัตถุระเบิด ทำปุ๋ยไนเตรต เป็นต้น นอกจากนี้ไนโตรเจนยังเป็นองค์ประกอบของสารอาหารที่สำคัญของสิ่งมีชีวิตอีกด้วยคือเป็นองค์ประกอบในโปรตีนทุกชนิด

วัฏจักรไนโตรเจน (Nitrogen cycle)

วัฏจักรไนโตรเจนเป็นดังนี้

1. การตรึงไนโตรเจนโดยปรากฏการณ์ธรรมชาติ เกิดจากฟ้าแลบ ฟ้าร้อง ฟ้าผ่า หรือปรากฏการณ์

อื่นที่ทำให้เกิดความร้อนสูง ทำให้ก๊าซไนโตรเจนทำปฏิกิริยากับก๊าซออกซิเจน ได้ก๊าซ NO และก๊าซ NO ที่ เกิดขึ้นทำปฏิกิริยากับก๊าซออกซิเจน ต่อไปได้ก๊าซ NO₂

N_2 (g) + O_2 (g) ----> 2NO_(g) ดูดพลังงาน 180.6 kJ

2NO_(g) + O_2 (g) -----> 2NO_2 (g) คายพลังงาน 114.2 kJ

เมื่อฝนตกก๊าซ NOv จะทำปฏิกิริยากับน้ำฝนกลายเป็นกรดไนตริกดังสมการ

3NO_2 (g) + H₂O_(I) -----> 2HNO_23(aq) + NO_(g)(กรดไนตริก)

2H⁺(aq) + NO^-₃(aq)

กรดไนตริกแตกตัวให้ไฮโดรเจนไอออน(H⁺) และไนเตรตไอออน (NO^-₃)

ไนเตรตไอออนที่เกิดขึ้นจะตกลงสู่พื้นดินและพื้นน้ำ พืชนำไปใช้สร้างโปรตีนต่อไป

**NO2 ส่วนหนึ่งในบรรยากาศได้จากการเผาไหม้น้ำมันเชื้อเพลิงของเครื่องยนต์

2. การตรึง N₂ ทางอุตสาหกรรม โรงงานผลิตก๊าซแอมโมเนีย (NH₃) หรือโรงงานผลิตปุ๋ยได้มีการ

ใช้ก๊าซ N2 (แยกจากอากาศ) ทำปฏิกิริยากับก๊าซ H2 โดยวิธีกระบวนการณ์ฮาเบอร์ดังสมการ

N_{2 (g)} + 3H_2(g) -----> 2NH_3(g)

ก๊าซ NH3 ที่ได้ส่วนหนึ่งนำไปผลิตปุ๋ยไนโตรเจน เช่น ยูเรียและปุ๋ยที่อยู่ในรูปของเกลือแอมโมเนีย เช่น แอมโมเนียซัลเฟต เมื่อใส่ปุ๋ยลงในดินแบคทีเรีย (Decomposing bacteria) ย่อยสลายไปเป็น

ไนเตรต (NO^-₃) พืชดูดซึมเอาไปใช้ในการสร้างโปรตีน

3. การตรึงก๊าซไนโตรเจนทางชีววิทยา แบคทีเรียไนโซเบียมในปมรากถั่วจับก๊าซไนโตรเจนในอากาศจึงเรียกไรโซเบียมว่า Nitrogen fixing bacteria และเปลี่ยนก๊าซไนโตรเจนเป็นเกลือแอมโมเนียม (NH₄⁺) จากนั้นแบคทีเรียในดิน(Nitrifying bacteria) ทำหน้าที่เปลี่ยน NH₄⁺เป็นสารประกอบไนไตรต์ (NO₂^- ) และเปลี่ยนสารประกอบไนไตรต์ (NO₂^-) เป็นสารประกอบไนเตรต (NO₃^-) ซึ่งพืชดูดซึมนำไปใช้ในการสร้างโปรตีนต่อไป สัตว์กินพืช สัตว์ก็จะนำไปใช้ในการสร้างโปรตีนในสัตว์ เมื่อพืชและสัตว์ตายลง ซากพืชซากสัตว์และสิ่งขับถ่ายจะถูกแบคทีเรีย (Decomposing becteria) ย่อยสลายเป็นสารประกอบไนเตรต (NO₃^-) ต่อไป

4. แบคทีเรีย (Denitrifying bacteria) ทำหน้าที่เปลี่ยนสารประกอบไนเตรต (NO₃^-) เป็น

สารประกอบไนไตรต์ (NO₂^-) ไดไนโตรเจนมอนอกไซด์(N₂O) และในที่สุดกลายเป็นก๊าซไนโตรเจนกลับคืนสู่บรรยากาศ