ชื่อภาษาฝรั่งเศสสำหรับองค์ประกอบ (azote) ซึ่งมีรากฐานมาจากภาษารัสเซียนั้นถูกเสนอในศตวรรษที่ 18 Lavoisier ก่อตัวขึ้นจากคำนำหน้าเชิงลบของกรีก "a" และคำว่า "zoe" - ชีวิต (รากเดียวกันในคำว่าสัตววิทยาและมวลของอนุพันธ์ - สวนสัตว์, ภูมิศาสตร์สัตว์ ฯลฯ ) เช่น "ไนโตรเจน" หมายถึง "ไร้ชีวิต", "ไม่ช่วยชีวิต" จากแหล่งกำเนิดเดียวกันและชื่อภาษาเยอรมันขององค์ประกอบนี้ Stickstoff - สารที่ทำให้หายใจไม่ออก ราก "azo" ยังมีอยู่ในคำศัพท์ทางเคมี "azide", "azo compound", "azine" เป็นต้น และละตินไนโตรเจนและไนโตรเจนในภาษาอังกฤษมาจาก "neter" ของฮีบรู (กรีก "nitron", Latin nitrum) ; ดังนั้นในสมัยโบราณจึงเรียกว่าด่างธรรมชาติ - โซดาและต่อมา - ดินประสิว ชื่อ "ไนโตรเจน" ไม่ค่อยเหมาะสมนัก แม้ว่าไนโตรเจนในก๊าซจะไม่เหมาะสำหรับการหายใจ แต่องค์ประกอบนี้จำเป็นอย่างยิ่งสำหรับชีวิต องค์ประกอบของสิ่งมีชีวิตทั้งหมดประกอบด้วยองค์ประกอบที่ค่อนข้างเล็ก และหนึ่งในองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดของพวกมันคือไนโตรเจน ในโปรตีน - ประมาณ 17% ของไนโตรเจน ไนโตรเจนยังรวมอยู่ในองค์ประกอบของโมเลกุล DNA และ RNA ซึ่งรับประกันการถ่ายทอดทางพันธุกรรม

มีไนโตรเจนอยู่มากบนโลก แต่ปริมาณสำรองหลักของมันกระจุกตัวอยู่ในชั้นบรรยากาศ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากพันธะสาม NєN มีความแข็งแรงสูง (942 kJ/โมล ซึ่งเกือบ 4 เท่าของพลังงานพันธะ Cl–Cl) โมเลกุลไนโตรเจนจึงมีความแข็งแรงมากและมีปฏิกิริยาต่ำ เป็นผลให้ไม่มีสัตว์หรือพืชใดสามารถดูดซับก๊าซไนโตรเจนจากอากาศได้ พวกเขาได้รับองค์ประกอบที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์โปรตีนและส่วนประกอบที่จำเป็นอื่น ๆ ของร่างกายที่ไหน? สัตว์ได้รับไนโตรเจนจากการกินพืชและสัตว์อื่นๆ พืชสกัดไนโตรเจนพร้อมกับสารอาหารอื่นๆ จากดิน และมีพืชตระกูลถั่วเพียงไม่กี่ชนิดเท่านั้นที่สามารถดูดซับไนโตรเจนจากอากาศ - ไม่ใช่ด้วยตัวเอง แต่ต้องขอบคุณแบคทีเรียที่เป็นปมที่อาศัยอยู่บนรากของพวกมัน

แหล่งที่มาหลักของไนโตรเจนในดินคือการตรึงไนโตรเจนทางชีวภาพ กล่าวคือ การจับไนโตรเจนในบรรยากาศและการเปลี่ยนแปลงโดยจุลินทรีย์ให้อยู่ในรูปแบบที่พืชดูดซึมได้ จุลินทรีย์สามารถอาศัยอยู่ในดินได้ด้วยตัวเองหรือสามารถอยู่ร่วมกันได้ ("ชุมชน") กับพืชบางชนิด ส่วนใหญ่เป็นพืชตระกูลถั่ว - โคลเวอร์ ถั่ว ถั่ว หญ้าชนิต ฯลฯ แบคทีเรีย "ตกลง" บนรากของพืชเหล่านี้ - ในก้อนพิเศษ พวกมันมักถูกเรียกว่าเป็นก้อนแบคทีเรีย จุลินทรีย์เหล่านี้ประกอบด้วยเอ็นไซม์เชิงซ้อน ไนโตรเจน ที่สามารถลดไนโตรเจนเป็นแอมโมเนียได้ จากนั้นด้วยความช่วยเหลือของระบบเอนไซม์อื่น ๆ แอมโมเนียจะถูกแปลงเป็นสารประกอบไนโตรเจนอื่น ๆ ซึ่งพืชดูดซึมได้ แบคทีเรียที่มีชีวิตอิสระจับไนโตรเจนได้มากถึง 50 กก. ต่อปีต่อ 1 เฮกตาร์ และแบคทีเรียที่เป็นปม - อีก 150 กก. และในสภาวะที่เอื้ออำนวยโดยเฉพาะ - มากถึง 500 กก.!

แหล่งที่สองของไนโตรเจนตามธรรมชาติในดินคือฟ้าผ่า ทุกๆ วินาที จะมีฟ้าผ่าโดยเฉลี่ย 100 ครั้งทั่วโลก และแม้ว่าแต่ละตัวจะใช้เวลาเพียงเสี้ยววินาที แต่กำลังไฟฟ้ารวมของพวกมันถึง 4 พันล้านกิโลวัตต์ อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในช่องฟ้าผ่า - สูงถึง 20,000 ° C นำไปสู่การทำลายโมเลกุลไนโตรเจนและออกซิเจนด้วยการก่อตัวของไนตริกออกไซด์ NO จากนั้นออกซิเจนในบรรยากาศจะถูกออกซิไดซ์ให้เป็นไดออกไซด์: 2NO + O 2  2NO 2 ไดออกไซด์ทำปฏิกิริยากับออกซิเจนส่วนเกินกับความชื้นในบรรยากาศกลายเป็นกรดไนตริก: 4NO 2 + 2H 2 O + O 2  4HNO 3 ผลจากการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ ทำให้มีการผลิตกรดไนตริกประมาณ 2 ล้านตันทุกวันในบรรยากาศ หรือมากกว่า 700 ล้านตันต่อปี สารละลายกรดไนตริกอ่อนๆ ตกลงสู่พื้นพร้อมกับฝน "กรดท้องฟ้า" จำนวนนี้น่าสนใจเมื่อเปรียบเทียบกับการผลิตภาคอุตสาหกรรม การผลิตกรดไนตริกเป็นหนึ่งในโรงงานผลิตที่ใหญ่ที่สุด ปรากฎว่ามนุษย์ที่นี่อยู่ห่างไกลจากธรรมชาติ: การผลิตกรดไนตริกของโลกอยู่ที่ประมาณ 30 ล้านตัน เนื่องจากการแตกตัวของโมเลกุลไนโตรเจนด้วยฟ้าผ่า กรดไนตริกประมาณ 15 กิโลกรัมในแต่ละปีจะตกลงบนผิวโลกแต่ละเฮกตาร์ ซึ่งรวมถึง ภูเขาและทะเลทราย ทะเล และมหาสมุทร ในดินกรดนี้จะกลายเป็นเกลือ - ไนเตรตซึ่งพืชดูดซึมได้อย่างสมบูรณ์

ดูเหมือนว่า "ไนโตรเจนพายุฝนฟ้าคะนอง" ไม่สำคัญสำหรับพืชผล แต่โคลเวอร์และพืชตระกูลถั่วอื่น ๆ ครอบคลุมเพียงส่วนเล็ก ๆ ของพื้นผิวโลก สายฟ้าเริ่มส่องประกายในบรรยากาศเมื่อหลายพันล้านปีก่อน นานก่อนที่แบคทีเรียตรึงไนโตรเจนจะปรากฏขึ้น ดังนั้นพวกมันจึงมีบทบาทสำคัญในการตรึงไนโตรเจนในบรรยากาศ ตัวอย่างเช่น ในช่วงสองพันปีที่ผ่านมา ฟ้าผ่าได้แปลงไนโตรเจน 2 ล้านล้านตันให้เป็นปุ๋ย - ประมาณ 0.1% ของปริมาณทั้งหมดในอากาศ!

Liebig กับ Malthus. ในปี ค.ศ. 1798 Thomas Malthus นักเศรษฐศาสตร์ชาวอังกฤษ (ค.ศ. 1766–1834) ได้ตีพิมพ์หนังสือที่มีชื่อเสียงของเขา ประสบการณ์ของประชากร. ในนั้นเขาชี้ให้เห็นว่าประชากรมีแนวโน้มที่จะเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณเช่น เช่น 1, 2, 4, 8, 16... ในขณะเดียวกัน วิธีการดำรงชีวิตในช่วงเวลาเดียวกัน แม้ในสภาวะที่เอื้ออำนวยที่สุด ก็สามารถเติบโตได้ในความก้าวหน้าทางคณิตศาสตร์เท่านั้น กล่าวคือ เช่น 1, 2, 3, 4... ตัวอย่างเช่น ตามทฤษฎีนี้ การผลิตอาหารสามารถเติบโตได้จากการขยายพื้นที่เกษตรกรรม การเพาะปลูกที่ดีขึ้นของพื้นที่เพาะปลูก และอื่นๆ จากทฤษฎีของ Malthus ตามมาว่าในอนาคตมนุษยชาติจะถูกคุกคามด้วยความอดอยาก ในปี 1887 ข้อสรุปนี้ได้รับการยืนยันโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ Thomas Huxley (1825–1897) เพื่อนของ Charles Darwin และผู้เผยแพร่คำสอนของเขา

เพื่อหลีกเลี่ยง "ความอดอยาก" ของมนุษยชาติจึงจำเป็นต้องเพิ่มผลผลิตทางการเกษตรอย่างรวดเร็วและด้วยเหตุนี้จึงจำเป็นต้องแก้ปัญหาที่สำคัญที่สุดของธาตุอาหารพืช น่าจะเป็นการทดลองครั้งแรกในทิศทางนี้ในช่วงต้นทศวรรษ 1630 โดยนักวิทยาศาสตร์ที่ยิ่งใหญ่ที่สุดคนหนึ่งในยุคของเขา Jan Baptiste van Helmont แพทย์และนักเล่นแร่แปรธาตุชาวดัตช์ (1579-1644) เขาตัดสินใจที่จะตรวจสอบว่าพืชได้รับสารอาหารจากที่ใด - จากน้ำหรือจากดิน Van Helmont นำดินแห้ง 200 ปอนด์ (ประมาณ 80 กก.) เทลงในหม้อขนาดใหญ่ ปลูกกิ่งวิลโลว์ในดิน และเริ่มรดน้ำด้วยน้ำฝนอย่างขยันขันแข็ง กิ่งเริ่มหยั่งรากและเริ่มเติบโตทีละน้อยกลายเป็นต้นไม้ ประสบการณ์นี้กินเวลาห้าปีพอดี ปรากฎว่าในช่วงเวลานี้ พืชได้รับน้ำหนัก 164 ปอนด์ 3 ออนซ์ (ประมาณ 66 กก.) ในขณะที่โลก "สูญเสีย" เพียง 3 ออนซ์ กล่าวคือ น้อยกว่า 100 กรัม ดังนั้น Van Helmont จึงสรุปว่า พืชรับสารอาหารจากน้ำเท่านั้น

การศึกษาในภายหลังดูเหมือนจะหักล้างข้อสรุปนี้: ท้ายที่สุด ไม่มีคาร์บอนในน้ำ ซึ่งประกอบเป็นพืชส่วนใหญ่! จากนี้ไปพืชจะ "กินอากาศ" โดยแท้จริงแล้วดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์จากมัน ซึ่งเป็นชนิดเดียวกับที่ Van Helmont เพิ่งค้นพบและเรียกว่า "อากาศในป่า" ชื่อนี้ไม่ใช้แก๊สเลยเพราะมีมากในป่า แต่เกิดจากการที่มันเกิดขึ้นระหว่างการเผาไหม้ถ่าน ...

คำถามเกี่ยวกับ "โภชนาการทางอากาศ" ของพืชได้รับการพัฒนาเมื่อปลายศตวรรษที่ 18 Jean Senebier นักพฤกษศาสตร์และนักสรีรวิทยาชาวสวิส (ค.ศ. 1742–1809) เขาทดลองพิสูจน์แล้วว่าคาร์บอนไดออกไซด์ถูกย่อยสลายในใบพืช ในขณะที่ออกซิเจนถูกปล่อยออกมา และคาร์บอนยังคงอยู่ในพืช แต่นักวิทยาศาสตร์บางคนคัดค้านมุมมองนี้อย่างรุนแรง โดยปกป้อง "ทฤษฎีฮิวมัส" ซึ่งพืชกินสารอินทรีย์ที่สกัดจากดินเป็นหลัก สิ่งนี้ดูเหมือนจะได้รับการยืนยันจากการทำฟาร์มแบบโบราณ: ดินที่อุดมไปด้วยฮิวมัส ใส่ปุ๋ยอย่างดี ให้ผลผลิตเพิ่มขึ้น...

อย่างไรก็ตาม ทฤษฎีฮิวมัสไม่ได้คำนึงถึงบทบาทของแร่ธาตุซึ่งจำเป็นอย่างยิ่งสำหรับพืช พืชดึงสารเหล่านี้ออกจากดินในปริมาณมาก และเมื่อเก็บเกี่ยว สารเหล่านี้จะถูกพัดออกจากทุ่ง จัสทุส ลีบิก นักเคมีชาวเยอรมันได้ชี้ให้เห็นถึงเหตุการณ์นี้ เช่นเดียวกับความจำเป็นในการคืนแร่ธาตุกลับคืนสู่ดิน ในปี ค.ศ. 1840 เขาได้ตีพิมพ์หนังสือ เคมีอินทรีย์ที่ประยุกต์ใช้กับการเกษตรและสรีรวิทยาโดยเฉพาะอย่างยิ่งเขาเขียนว่า: "เวลาจะมาถึงเมื่อแต่ละทุ่งตามพืชที่จะปลูกบนนั้นจะได้รับการปฏิสนธิด้วยปุ๋ยของตัวเองที่เตรียมไว้ในพืชเคมี"

ในตอนแรก ความคิดของ Liebig พบกับความเกลียดชัง Hugo Mol (1805–1872) ศาสตราจารย์ด้านพฤกษศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัยทูบิงเงนเขียนเกี่ยวกับเรื่องนี้ว่า “นี่เป็นหนังสือที่ไร้ยางอายที่สุดที่เคยตกมาอยู่ในมือฉัน” “หนังสือที่ไร้ความหมายโดยสิ้นเชิง” นักเขียนชาวเยอรมันผู้โด่งดังฟริตซ์ รอยเตอร์ (ค.ศ. 1810–ค.ศ. 1874) ซึ่งทำงานด้านเกษตรกรรมมาระยะหนึ่งกล่าว หนังสือพิมพ์เยอรมันเริ่มตีพิมพ์จดหมายและการ์ตูนที่ดูถูกเกี่ยวกับลีบิกและทฤษฎีโภชนาการแร่ธาตุของพืช Liebig เองส่วนหนึ่งต้องโทษในเรื่องนี้ซึ่งในตอนแรกเชื่ออย่างผิดพลาดว่าปุ๋ยแร่ธาตุควรมีเฉพาะโพแทสเซียมและฟอสฟอรัสในขณะที่องค์ประกอบที่จำเป็นที่สาม - ไนโตรเจน - พืชสามารถดูดซับจากอากาศได้

ความผิดพลาดของ Liebig อาจเป็นเพราะการตีความการทดลองของนักเคมีเกษตรชาวฝรั่งเศสชื่อ Jean Baptiste Boussingault ที่ผิดพลาด (ค.ศ. 1802-1887) ในปีพ.ศ. 2381 เขาชั่งน้ำหนักเมล็ดพืชบางชนิดในดินที่ไม่มีปุ๋ยไนโตรเจน และหลังจาก 3 เดือน เขาก็ชั่งน้ำหนักถั่วงอก ในข้าวสาลีและข้าวโอ๊ตมวลยังคงไม่เปลี่ยนแปลงในขณะที่โคลเวอร์และถั่วเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ (ในถั่วเช่นจาก 47 เป็น 100 มก.) จากนี้ ได้ข้อสรุปที่ไม่ถูกต้องว่าพืชบางชนิดสามารถดูดซับไนโตรเจนจากอากาศได้โดยตรง ในเวลานั้น ยังไม่มีใครรู้เรื่องแบคทีเรียที่เป็นก้อนกลมที่อาศัยอยู่บนรากของพืชตระกูลถั่วและดักจับไนโตรเจนในบรรยากาศ เป็นผลให้ความพยายามครั้งแรกที่จะใช้เฉพาะปุ๋ยโปแตช - ฟอสฟอรัสทุกที่ให้ผลลัพธ์เชิงลบ Liebig มีความกล้าที่จะยอมรับความผิดพลาดของเขาอย่างเปิดเผย ทฤษฎีของเขาชนะในที่สุด ผลที่ได้คือการนำการเกษตรมาใช้ในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 19 ปุ๋ยเคมีและการก่อสร้างพืชเพื่อการผลิต

วิกฤตไนโตรเจน

ไม่มีปัญหาเฉพาะกับปุ๋ยฟอสฟอรัสและโปแตช: สารประกอบโพแทสเซียมและฟอสฟอรัสพบมากในลำไส้ของโลก สถานการณ์ที่มีไนโตรเจนแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง ด้วยการเพิ่มความเข้มข้นของการเกษตรซึ่งควรจะเลี้ยงประชากรโลกที่เติบโตอย่างรวดเร็ว แหล่งธรรมชาติไม่สามารถรับมือกับการเติมไนโตรเจนสำรองในดินได้อีกต่อไป มีความจำเป็นเร่งด่วนในการหาแหล่งที่มาของไนโตรเจน "ที่ถูกผูกไว้" นักเคมีสามารถสังเคราะห์สารประกอบบางชนิดได้ เช่น ลิเธียมไนไตรด์ Li 3 N โดยเริ่มจากไนโตรเจนในบรรยากาศ แต่ด้วยวิธีนี้ มันเป็นไปได้ที่จะได้รับกรัม อย่างดีที่สุด กิโลกรัมของสาร ในขณะที่ต้องใช้หลายล้านตัน!

เป็นเวลาหลายศตวรรษ แหล่งไนโตรเจนที่ถูกผูกไว้เกือบเท่าเดียวคือดินประสิว คำนี้มาจากภาษาละติน sal - เกลือและไนตรัม แท้จริงแล้ว - "เกลืออัลคาไลน์": ในสมัยนั้น องค์ประกอบของสารไม่เป็นที่รู้จัก ปัจจุบันดินประสิวเรียกว่าเกลือของกรดไนตริก - ไนเตรต ดินประสิวมีความเกี่ยวข้องกับเหตุการณ์สำคัญหลายอย่างในประวัติศาสตร์ของมนุษยชาติ ตั้งแต่สมัยโบราณรู้จักเพียงดินประสิวที่เรียกว่าอินเดียน - โพแทสเซียมไนเตรต KNO 3 แร่หายากนี้นำมาจากอินเดียในขณะที่ยุโรปไม่มีแหล่งดินประสิวตามธรรมชาติ ดินประสิวอินเดียใช้สำหรับการผลิตดินปืนเท่านั้น ทุกๆ ศตวรรษจำเป็นต้องมีดินปืนมากขึ้นเรื่อยๆ และดินประสิวนำเข้าไม่เพียงพอ และมีราคาแพงมาก

เมื่อเวลาผ่านไป พวกเขาเรียนรู้ที่จะหาดินประสิวใน "ไนเตรต" พิเศษจากสารอินทรีย์ตกค้างต่างๆ ที่มีไนโตรเจน ไนโตรเจนค่อนข้างมาก เช่น ในโปรตีน ถ้าเศษซากแห้งถูกเผาอย่างง่าย ๆ ไนโตรเจนในนั้นจะถูกออกซิไดซ์เป็นแก๊ส N 2 แต่ถ้าพวกเขาสัมผัสกับการสลายตัวภายใต้อิทธิพลของแบคทีเรียไนตริไฟริ่งไนโตรเจนจะกลายเป็นไนเตรตซึ่งถูกชะล้างในสมัยก่อนในกองพิเศษ - กองและดินประสิวเรียกว่ากอง พวกเขาทำแบบนี้ ขยะอินทรีย์หลายชนิดผสมกัน - มูลสัตว์ เครื่องในของสัตว์ ตะกอน สารละลายหนองบึง ฯลฯ ขยะ, มะนาว, เถ้าถูกเติมไว้ที่นั่นด้วย ส่วนผสมที่น่ากลัวนี้ถูกเทลงในหลุมหรือทำเป็นกองและเทปัสสาวะหรือสารละลายจำนวนมาก คุณสามารถจินตนาการถึงกลิ่นที่มาจากการผลิตนี้! เนื่องจากกระบวนการย่อยสลายภายในหนึ่งถึงสองปี ดินประสิว 1 กิโลกรัมจึงได้รับจาก "ดินประสิว" 6 กิโลกรัมซึ่งถูกทำให้บริสุทธิ์จากสิ่งสกปรก ดินประสิวส่วนใหญ่ได้รับในฝรั่งเศส: รัฐบาลให้รางวัลแก่ผู้ที่มีส่วนร่วมในการผลิตที่ไม่พึงประสงค์นี้อย่างไม่เห็นแก่ตัว

ด้วยความพยายามของ Liebig เห็นได้ชัดว่าดินประสิวจำเป็นสำหรับการเกษตร และในปริมาณที่มากกว่าการผลิตดินปืน วิธีเก่าในการได้มาซึ่งมันไม่เหมาะกับสิ่งนี้โดยสิ้นเชิง

ดินประสิวชิลี

ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2373 เป็นต้นมา การพัฒนาแหล่งสะสมของดินประสิวชิลี ซึ่งเป็นแหล่งไนโตรเจนธรรมชาติที่อุดมสมบูรณ์ที่สุดได้เริ่มต้นขึ้น ในชิลี มีพื้นที่กว้างใหญ่ที่ฝนไม่ตก เช่น ทะเลทรายอาตากามา ซึ่งอยู่บริเวณเชิงเขาของเทือกเขาคอร์ดีเยราที่ระดับความสูงประมาณ 1,000 เมตรเหนือระดับน้ำทะเล อันเป็นผลมาจากกระบวนการนับพันปีของการสลายตัวของซากอินทรีย์พืชและสัตว์ (ส่วนใหญ่เป็นมูลนก - กัวโน) การสะสมของดินประสิวที่ไม่ซ้ำกันเกิดขึ้นใน Atacama อยู่ห่างจากชายฝั่งทะเล 40-50 กม. เมื่อตะกอนเหล่านี้เริ่มพัฒนา พวกมันจะขยายเป็นแถบยาวประมาณ 200 กม. และกว้าง 3 กม. โดยมีความหนาของชั้น 30 ซม. ถึง 3 ม. ในแอ่ง ชั้นจะหนาขึ้นอย่างเห็นได้ชัดและดูเหมือนทะเลสาบที่แห้งแล้ว จากการวิเคราะห์ได้แสดงให้เห็น ดินประสิวของชิลีคือโซเดียมไนเตรตที่มีสิ่งเจือปนของซัลเฟตและโซเดียมคลอไรด์ ดินเหนียวและทราย บางครั้งพบซากของขี้เถ้าที่ยังไม่ย่อยสลายในดินประสิว คุณลักษณะที่น่าสนใจของดินประสิวของชิลีคือการมีโซเดียมไอโอเดต NaIO 3 อยู่ในนั้น

โดยปกติหินจะนิ่มและหลุดออกจากพื้นได้ง่าย แต่บางครั้งดินประสิวก็หนาแน่นจนต้องระเบิดเพื่อสกัด หลังจากที่หินละลายในน้ำร้อน สารละลายจะถูกกรองและทำให้เย็นลง ในเวลาเดียวกันโซเดียมไนเตรตบริสุทธิ์ตกตะกอนซึ่งขายเป็นปุ๋ย ไอโอดีนถูกสกัดจากสารละลายที่เหลือ ในศตวรรษที่ 19 ชิลีกลายเป็นซัพพลายเออร์หลักของดินประสิว การพัฒนาแหล่งแร่ขึ้นเป็นที่แรกในอุตสาหกรรมเหมืองแร่ของชิลีในศตวรรษที่ 19

เพื่อให้ได้โพแทสเซียมไนเตรตจากชิลีไนเตรต ปฏิกิริยา NaNO 3 + KCl ® NaCl + KNO 3 ถูกนำมาใช้ ปฏิกิริยาดังกล่าวเกิดขึ้นได้เนื่องจากความแตกต่างอย่างมากในความสามารถในการละลายของผลิตภัณฑ์ที่อุณหภูมิต่างกัน ความสามารถในการละลายของ NaCl (เป็นกรัมต่อน้ำ 100 กรัม) จะเปลี่ยนจาก 39.8 g ที่ 100 ° C เป็น 35.7 g ที่ 0 ° C เท่านั้นในขณะที่ความสามารถในการละลายของ KNO 3 ที่อุณหภูมิเดียวกันแตกต่างกันอย่างมากคือ 246 และ 13.3 G! ดังนั้น หากคุณผสมสารละลายเข้มข้นร้อนของ NaNO 3 และ KCl แล้วทำให้ส่วนผสมเย็นลง จากนั้น KNO 3 ส่วนที่สำคัญจะตกตะกอน และ NaCl เกือบทั้งหมดจะยังคงอยู่ในสารละลาย

ดินประสิวของชิลี - โซเดียมไนเตรตธรรมชาติ - ได้ตอบสนองความต้องการของมนุษย์มานานหลายทศวรรษ แต่ทันทีที่มีการเปิดเผยความสำคัญอันเป็นเอกลักษณ์ของแร่ธาตุนี้เพื่อการเกษตรของโลก พวกเขาเริ่มคำนวณว่าของขวัญจากธรรมชาติอันเป็นเอกลักษณ์นี้จะคงอยู่ได้นานเท่าใด การประมาณการครั้งแรกค่อนข้างมองโลกในแง่ดี - ในปี 1885 ปริมาณสำรองดินประสิวถูกกำหนดไว้ที่ 90 ล้านตัน ปรากฎว่าเราไม่สามารถกังวลเกี่ยวกับ "ความอดอยากไนโตรเจน" ของพืชได้อีกหลายปี แต่การคำนวณเหล่านี้ไม่ได้คำนึงถึงการเติบโตอย่างรวดเร็วของประชากรและอัตราการผลิตทางการเกษตรทั่วโลก

ในช่วงเวลาของ Malthus การส่งออกดินประสิวของชิลีมีเพียง 1,000 ตันต่อปีเท่านั้น ในปี พ.ศ. 2430 มีจำนวนถึง 500,000 ตันต่อปีและเมื่อต้นศตวรรษที่ 20 นับเป็นล้าน! สต็อกดินประสิวของชิลีหมดลงอย่างรวดเร็ว ในขณะที่ความต้องการไนเตรตเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเป็นพิเศษ สถานการณ์เลวร้ายลงจากข้อเท็จจริงที่ว่าดินประสิวยังถูกบริโภคในปริมาณมากโดยอุตสาหกรรมการทหาร ดินปืนปลายศตวรรษที่ 19 มีโพแทสเซียมไนเตรต 74–75% จำเป็นต้องพัฒนาวิธีการใหม่ในการรับปุ๋ยไนโตรเจนและมีเพียงอากาศในบรรยากาศเท่านั้นที่สามารถเป็นแหล่งที่มาได้

เอาชนะ "ความหิวไนโตรเจน"

ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 สำหรับการตรึงไนโตรเจนทางอุตสาหกรรมได้มีการเสนอวิธีไซยานาไมด์ ขั้นแรก ได้แคลเซียมคาร์ไบด์โดยการให้ความร้อนกับส่วนผสมของมะนาวและถ่านหิน: CaO + 3C ® CaC 2 + CO ที่อุณหภูมิสูง คาร์ไบด์ทำปฏิกิริยากับไนโตรเจนในบรรยากาศเพื่อสร้างแคลเซียมไซยานาไมด์: CaC 2 + N 2 ® CaCN 2 + C สารประกอบนี้กลายเป็นปุ๋ยที่เหมาะสมกับพืชทุกชนิด ดังนั้นแอมโมเนียจึงได้มาจากสารประกอบนี้ในครั้งแรก การกระทำของไอน้ำร้อนยวดยิ่ง: CaCN 2 + 3H 2 O ® CaCO 3 + 2NH 3 และแอมโมเนียมซัลเฟตได้มาจากแอมโมเนียและกรดซัลฟิวริกแล้ว

นักเคมีชาวนอร์เวย์ใช้ไฟฟ้าในท้องถิ่นราคาถูก (มีโรงไฟฟ้าพลังน้ำหลายแห่งในนอร์เวย์) พวกมันทำซ้ำกระบวนการทางธรรมชาติของการตรึงไนโตรเจนโดยส่งอากาศชื้นผ่านอาร์คไฟฟ้า ในเวลาเดียวกัน ได้กรดไนตริกประมาณ 1% จากอากาศ ซึ่งถูกเปลี่ยนเป็นแคลเซียมไนเตรต Ca(NO 3) 2 โดยปฏิกิริยากับมะนาว ไม่น่าแปลกใจที่สารนี้ถูกเรียกว่าดินประสิวของนอร์เวย์

อย่างไรก็ตาม ทั้งสองวิธีมีราคาแพงเกินไป วิธีการตรึงไนโตรเจนที่ประหยัดที่สุดได้รับการพัฒนาในปี พ.ศ. 2450-2552 โดยนักเคมีชาวเยอรมัน ฟริตซ์ ฮาเบอร์ (พ.ศ. 2411-2477); วิธีนี้จะแปลงไนโตรเจนเป็นแอมโมเนียโดยตรง การเปลี่ยนแอมโมเนียเป็นไนเตรตและสารประกอบไนโตรเจนอื่นๆ ไม่ใช่เรื่องยากอีกต่อไป

ปัจจุบันมีการผลิตปุ๋ยไนโตรเจนหลายสิบล้านตันต่อปี พวกมันมีหลายประเภทขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมี ปุ๋ยแอมโมเนียและแอมโมเนียมมีไนโตรเจนในสถานะออกซิเดชัน -3 นี่คือแอมโมเนียเหลว สารละลายในน้ำ (น้ำแอมโมเนีย) แอมโมเนียมซัลเฟต ไอออน NH 4 + ภายใต้การกระทำของแบคทีเรียไนตริไฟดิ้งจะถูกออกซิไดซ์ในดินให้เป็นไอออนไนเตรตซึ่งพืชดูดซึมได้ดี ปุ๋ยไนเตรต ได้แก่ KNO 3 และ Ca(NO 3) 2 ปุ๋ยแอมโมเนียมไนเตรตส่วนใหญ่ประกอบด้วยแอมโมเนียมไนเตรต NH 4 NO 3 ที่มีทั้งแอมโมเนียและไนเตรตไนโตรเจน ปุ๋ยไนโตรเจนที่เป็นของแข็งที่เข้มข้นที่สุดคือคาร์บาไมด์ (ยูเรีย) ที่มีไนโตรเจน 46% ส่วนแบ่งของดินประสิวธรรมชาติในการผลิตสารประกอบที่มีไนโตรเจนในโลกไม่เกิน 1%

แอปพลิเคชัน.

การปรับปรุงพันธุ์พืชพันธุ์ใหม่รวมถึงการดัดแปลงพันธุกรรมวิธีการปรับปรุงเทคโนโลยีการเกษตรไม่ได้ขจัดความจำเป็นในการใช้ปุ๋ยเทียม ท้ายที่สุด ในการเก็บเกี่ยวแต่ละครั้ง ทุ่งจะสูญเสียสารอาหารในสัดส่วนที่สำคัญ รวมทั้งไนโตรเจนด้วย จากการสังเกตในระยะยาวไนโตรเจนในปุ๋ยไนโตรเจนแต่ละตันให้ผลผลิตข้าวสาลีเพิ่มขึ้น 12-25% หัวบีต - 120-160% มันฝรั่ง - 120% ในประเทศของเรา ในช่วงครึ่งศตวรรษที่ผ่านมา การผลิตปุ๋ยไนโตรเจนในโรงงานปุ๋ยไนโตรเจนได้เพิ่มขึ้นถึงสิบเท่า

Ilya Leensonne

ทุกคนรู้ว่าไนโตรเจนนั้นเฉื่อย บ่อยครั้งที่เราบ่นเกี่ยวกับองค์ประกอบหมายเลข 7 สำหรับสิ่งนี้ ซึ่งเป็นเรื่องปกติ: เราต้องจ่ายราคาสูงเกินไปสำหรับความเฉื่อยสัมพัทธ์ของมัน เราต้องใช้พลังงาน ความพยายาม และเงินมากเกินไปในการเปลี่ยนแปลงของมันให้เป็นสารประกอบสำคัญ

แต่ในทางกลับกัน ถ้าไนโตรเจนไม่เฉื่อย ปฏิกิริยาของไนโตรเจนกับออกซิเจนจะเกิดขึ้นในชั้นบรรยากาศ และชีวิตบนโลกของเราในรูปแบบที่มีอยู่ก็จะเป็นไปไม่ได้ พืช สัตว์ คุณและฉันจะหายใจไม่ออกในกระแสของออกไซด์และกรดที่ไม่อาจยอมรับได้ต่อชีวิต และ "สำหรับทั้งหมดนั้น" กลายเป็นออกไซด์และกรดไนตริกที่เรามุ่งมั่นที่จะแปลงไนโตรเจนในบรรยากาศส่วนที่ใหญ่ที่สุดที่เป็นไปได้ นี่เป็นหนึ่งในความขัดแย้งขององค์ประกอบ #7 (ที่นี่ผู้เขียนเสี่ยงต่อการถูกกล่าวหาว่าเป็นเรื่องเล็กน้อยเพราะธรรมชาติที่ขัดแย้งกันของไนโตรเจนหรือคุณสมบัติของไนโตรเจนได้กลายเป็นคำพ้องความหมายและถึงกระนั้น ... )

ไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบที่ไม่ธรรมดา บางครั้งดูเหมือนว่ายิ่งเราเรียนรู้เกี่ยวกับมันมากเท่าไหร่ก็ยิ่งเข้าใจยากขึ้นเท่านั้น ความไม่สอดคล้องกันของคุณสมบัติขององค์ประกอบหมายเลข 7 นั้นสะท้อนให้เห็นแม้ในชื่อของมัน เพราะมันทำให้นักเคมีที่เก่งกาจอย่าง Antoine Laurent Lavoisier เข้าใจผิด Lavoisier เป็นผู้แนะนำให้เรียกไนโตรเจนไนโตรเจนหลังจากที่เขาไม่ใช่คนแรกและไม่ใช่คนสุดท้ายที่ได้รับและศึกษาส่วนของอากาศที่ไม่สนับสนุนการหายใจและการเผาไหม้ ตามที่ Lavoisier "ไนโตรเจน" หมายถึง "ไร้ชีวิต" และคำนี้มาจากภาษากรีก "a" - การปฏิเสธและ "zoe" - ชีวิต

คำว่า "ไนโตรเจน" มีอยู่ในพจนานุกรมของนักเล่นแร่แปรธาตุ ซึ่งเป็นที่ที่นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสยืมมา มันหมายถึง "การเริ่มต้นทางปรัชญา" บางอย่างซึ่งเป็นคาถาประเภทคาบาลิสติก ผู้เชี่ยวชาญกล่าวว่ากุญแจสำคัญในการถอดรหัสคำว่า "ไนโตรเจน" คือวลีสุดท้ายจากคัมภีร์ของศาสนาคริสต์: "ฉันคืออัลฟ่าและโอเมก้าจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดที่หนึ่งและสุดท้าย ... " ในยุคกลางสามภาษา ​​ได้รับความเคารพเป็นพิเศษ: ละติน, กรีกและฮีบรู และคำว่า "ไนโตรเจน" นั้นประกอบขึ้นโดยนักเล่นแร่แปรธาตุจากอักษรตัวแรก "a" (a, alpha, aleph) และตัวอักษรสุดท้าย: "zet", "omega" และ "tov" ของตัวอักษรทั้งสามนี้ ดังนั้น คำสังเคราะห์ลึกลับนี้จึงหมายถึง "จุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของจุดเริ่มต้นทั้งหมด"

J. Chaptal ศิลปินร่วมสมัยและเพื่อนร่วมชาติของ Lavoisier แนะนำให้เรียกองค์ประกอบหมายเลข 7 ซึ่งเป็นชื่อลูกผสมระหว่างละติน-กรีกว่า "ไนโตรเจน" ซึ่งแปลว่า "ให้กำเนิดดินประสิว" ดินประสิว - เกลือไนเตรต สารที่รู้จักกันมาตั้งแต่สมัยโบราณ (เราจะพูดถึงพวกเขาในภายหลัง) ต้องบอกว่าคำว่า "ไนโตรเจน" มีรากเฉพาะในภาษารัสเซียและฝรั่งเศสเท่านั้น ในภาษาอังกฤษ องค์ประกอบหมายเลข 7 คือ "ไนโตรเจน" ในภาษาเยอรมัน - "สต็อกตัน" (สารที่ทำให้หายใจไม่ออก) สัญลักษณ์ทางเคมี N เป็นเครื่องบรรณาการให้กับไนโตรเจนของ Shaptal

ผู้ค้นพบไนโตรเจน

การค้นพบไนโตรเจนเกิดจากนักเรียนของนักวิทยาศาสตร์ชาวสก็อตชื่อ โจเซฟ แบล็ก แดเนียล รัทเทอร์ฟอร์ด ซึ่งในปี ค.ศ. 1772 ได้ตีพิมพ์วิทยานิพนธ์ของเขาว่า แบล็กมีชื่อเสียงจากการทดลองของเขากับ "อากาศคงที่" - คาร์บอนไดออกไซด์ เขาค้นพบว่าหลังจากแก้ไขคาร์บอนไดออกไซด์ (จับกับด่าง) "อากาศที่ไม่สามารถแก้ไขได้" บางส่วนซึ่งเรียกว่า "เมฟิติก" - บูด - เพราะมันไม่สนับสนุนการเผาไหม้และการหายใจ การศึกษา "อากาศ" นี้แบล็กเสนอรัทเทอร์ฟอร์ดเป็นงานวิทยานิพนธ์

ในช่วงเวลาเดียวกัน K. Scheele, J. Priestley, G. Cavendish ได้ไนโตรเจนมา และคนหลังๆ ได้ศึกษาก๊าซนี้ก่อน Rutherford จากบันทึกในห้องปฏิบัติการของเขา และเช่นเคย ไม่รีบเร่งที่จะตีพิมพ์ ผลงานของเขา อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียงเหล่านี้มีความคิดที่คลุมเครือมากเกี่ยวกับธรรมชาติของสารที่พวกเขาค้นพบ พวกเขาเป็นผู้สนับสนุนทฤษฎีโฟลจิสตันอย่างแข็งขันและเชื่อมโยงคุณสมบัติของ "อากาศเมฟิติก" กับสารในจินตนาการนี้ มีเพียง Lavoisier เท่านั้นที่เป็นผู้นำการโจมตี phlogiston เชื่อมั่นในตัวเองและเชื่อว่าคนอื่น ๆ เชื่อว่าก๊าซซึ่งเขาเรียกว่า "ไร้ชีวิต" เป็นสารธรรมดาเช่นออกซิเจน ...

ตัวเร่งปฏิกิริยาสากล?

เราสามารถเดาได้ว่า "จุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของจุดเริ่มต้นทั้งหมด" หมายถึงอะไรใน "ไนโตรเจน" ที่เล่นแร่แปรธาตุ แต่หนึ่งใน "จุดเริ่มต้น" ที่เกี่ยวข้องกับองค์ประกอบหมายเลข 7 สามารถดำเนินการได้อย่างจริงจัง ไนโตรเจนและชีวิตเป็นแนวคิดที่แยกกันไม่ออก อย่างน้อย เมื่อใดก็ตามที่นักชีววิทยา นักเคมี นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์พยายามทำความเข้าใจ "จุดเริ่มต้น" ของชีวิต พวกเขาจะพบกับไนโตรเจนอย่างแน่นอน

อะตอมขององค์ประกอบทางเคมีบนบกเกิดในส่วนลึกของดวงดาว จากที่นั่น จากแสงกลางคืนและกลางวัน ที่กำเนิดของชีวิตทางโลกของเราเริ่มต้น เหตุการณ์นี้เกิดขึ้นโดยนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ชาวอังกฤษ W. Fowler โดยกล่าวว่า "เราทุกคน ... เป็นฝุ่นดาวฤกษ์" ...

"ฝุ่น" ที่เป็นตัวเอกของไนโตรเจนเกิดขึ้นในสายโซ่ที่ซับซ้อนที่สุดของกระบวนการเทอร์โมนิวเคลียร์ ซึ่งขั้นตอนแรกคือการเปลี่ยนไฮโดรเจนเป็นฮีเลียม นี่เป็นปฏิกิริยาแบบหลายขั้นตอน ซึ่งควรจะดำเนินการในสองวิธี หนึ่งในนั้นเรียกว่าวัฏจักรคาร์บอน - ไนโตรเจนเกี่ยวข้องโดยตรงกับองค์ประกอบหมายเลข 7 วัฏจักรนี้เริ่มต้นเมื่ออยู่ในสสารของดาว นอกเหนือไปจากนิวเคลียสของไฮโดรเจน - โปรตอน มีคาร์บอนอยู่แล้ว นิวเคลียสของคาร์บอน-12 เมื่อเติมโปรตอนเข้าไปอีกหนึ่งตัว จะกลายเป็นนิวเคลียสของไนโตรเจน-13 ที่ไม่เสถียร:

12 6 C + 1 1 H → 13 7 N + γ

แต่เมื่อปล่อยโพซิตรอน ไนโตรเจนจะกลายเป็นคาร์บอนอีกครั้ง - ไอโซโทปที่หนักกว่า 13 C ก่อตัวขึ้น:

13 7 N → 13 6 C + e + + γ

นิวเคลียสดังกล่าวเมื่อรับโปรตอนเกินมา จะกลายเป็นนิวเคลียสของไอโซโทปที่พบบ่อยที่สุดในชั้นบรรยากาศของโลก - 14 N.

13 6 C + 1 1 H → 14 7 N + γ

อนิจจา มีเพียงส่วนหนึ่งของไนโตรเจนนี้เท่านั้นที่ถูกส่งไปในการเดินทางในจักรวาล ภายใต้การกระทำของโปรตอน ไนโตรเจน -14 จะกลายเป็นออกซิเจน -15 และในทางกลับกัน เมื่อปล่อยโพซิตรอนและควอนตัมแกมมา กลายเป็นไอโซโทปไนโตรเจนบนบกอีกตัวหนึ่ง - 15 N:

14 7 N + 1 1 H → 15 8 O + γ;

15 8 O → 15 7 N + e + + γ

ไนโตรเจนบนบก -15 นั้นเสถียร แต่ถึงแม้จะอยู่ภายในดาวฤกษ์ มันก็ยังอยู่ภายใต้การสลายตัวของนิวเคลียส หลังจากที่นิวเคลียส 15 นิวตันรับโปรตอนอีกตัวหนึ่ง ไม่เพียงแต่จะเกิดออกซิเจน 16 O เท่านั้น แต่ยังเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์อีกตัวหนึ่งด้วย:

15 7 N + 1 1 H → 12 6 C + 4 2 He.

ในห่วงโซ่แห่งการเปลี่ยนแปลงนี้ ไนโตรเจนเป็นหนึ่งในผลิตภัณฑ์ขั้นกลาง R.J. นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ชื่อดังชาวอังกฤษ Theiler เขียนว่า: “14 N เป็นไอโซโทปที่สร้างได้ไม่ง่าย ไนโตรเจนก่อตัวขึ้นในวัฏจักรคาร์บอน-ไนโตรเจน และถึงแม้จะเปลี่ยนกลับเป็นคาร์บอนในเวลาต่อมา แต่ถ้ากระบวนการหยุดนิ่ง แสดงว่ามีไนโตรเจนในสารมากกว่าคาร์บอน น่าจะเป็นที่มาหลักของ 14N"...

รูปแบบที่อยากรู้อยากเห็นสามารถติดตามได้ในวัฏจักรคาร์บอน - ไนโตรเจนที่ซับซ้อนปานกลาง คาร์บอน 12 C มีบทบาทเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในตัวมัน ตัดสินด้วยตัวคุณเองในท้ายที่สุดไม่มีการเปลี่ยนแปลงจำนวนนิวเคลียส 12C ไนโตรเจนที่ปรากฏขึ้นที่จุดเริ่มต้นของกระบวนการจะหายไปในตอนท้าย ... และถ้าคาร์บอนในวัฏจักรนี้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาแสดงว่าไนโตรเจนเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาอัตโนมัติ เช่น ผลคูณของปฏิกิริยาที่เร่งขั้นตอนขั้นกลางต่อไป

ไม่ใช่เรื่องบังเอิญที่เราเริ่มพูดถึงคุณสมบัติตัวเร่งปฏิกิริยาขององค์ประกอบหมายเลข 7 แต่ไนโตรเจนที่เป็นตัวเอกยังคงรักษาคุณลักษณะนี้ไว้ในสิ่งมีชีวิตด้วยหรือไม่? ตัวเร่งปฏิกิริยาของกระบวนการชีวิตคือเอ็นไซม์ และทั้งหมดนั้น เช่นเดียวกับฮอร์โมนและวิตามินส่วนใหญ่ ล้วนประกอบด้วยไนโตรเจน

ไนโตรเจนในชั้นบรรยากาศโลก

ชีวิตเป็นหนี้ไนโตรเจนมาก แต่ไนโตรเจน อย่างน้อยก็ไนโตรเจนในบรรยากาศ เป็นหนี้ต้นกำเนิดของดวงอาทิตย์ไม่มากเท่ากับกระบวนการของชีวิต มีความคลาดเคลื่อนอย่างเห็นได้ชัดระหว่างเนื้อหาขององค์ประกอบหมายเลข 7 ในเปลือกโลก (0.01%) และในชั้นบรรยากาศ (75.6% โดยมวลหรือ 78.09% โดยปริมาตร) โดยทั่วไป เราอาศัยอยู่ในบรรยากาศที่มีไนโตรเจนซึ่งอุดมด้วยออกซิเจนในระดับปานกลาง

ในขณะเดียวกันไม่พบไนโตรเจนอิสระบนดาวเคราะห์ดวงอื่นหรือในองค์ประกอบของดาวหางหรือวัตถุในอวกาศเย็นอื่น ๆ มีสารประกอบและอนุมูลของมันอยู่ - CN *, NH *, NH * 2, NH * 3 แต่ไม่มีไนโตรเจน จริงมีการบันทึกไนโตรเจนประมาณ 2% ในบรรยากาศของดาวศุกร์ แต่ตัวเลขนี้ยังต้องได้รับการยืนยัน เชื่อกันว่าไม่มีองค์ประกอบหมายเลข 7 ในชั้นบรรยากาศปฐมภูมิของโลกเช่นกัน แล้วเขาอยู่ที่ไหนในอากาศ?

เห็นได้ชัดว่าชั้นบรรยากาศของโลกของเราในขั้นต้นประกอบด้วยสารระเหยที่เกิดขึ้นในลำไส้ของโลก: H 2, H 2 O, CO 2, CH 4, NH 3 ไนโตรเจนอิสระ ถ้ามันออกมาเป็นผลพลอยได้จากการปะทุของภูเขาไฟ ก็จะกลายเป็นแอมโมเนีย เงื่อนไขนี้เหมาะสมที่สุด: ไฮโดรเจนที่มากเกินไป อุณหภูมิที่สูงขึ้น - พื้นผิวโลกยังไม่เย็นลง ไนโตรเจนปรากฏครั้งแรกในบรรยากาศในรูปของแอมโมเนียหมายความว่าอย่างไร เห็นได้ชัดว่าเป็นเช่นนั้น มาจำความจริงข้อนี้กัน

แต่แล้วชีวิตก็เกิดขึ้น... Vladimir Ivanovich Vernadsky แย้งว่า "เปลือกก๊าซของโลก อากาศของเรา คือการสร้างชีวิต" มันคือชีวิตที่เปิดตัวกลไกอันน่าทึ่งของการสังเคราะห์ด้วยแสง หนึ่งในผลิตภัณฑ์สุดท้ายของกระบวนการนี้ - ออกซิเจนที่ปราศจากออกซิเจนเริ่มรวมตัวกับแอมโมเนียอย่างแข็งขันโดยปล่อยโมเลกุลไนโตรเจน:

CO 2 + 2H 2 O → การสังเคราะห์ด้วยแสง→ HSON + H 2 O + O 2;

4NH 3 + 3O 2 → 2N 2 + 6H 2 O.

ตามที่ทราบกันดีว่าออกซิเจนและไนโตรเจนไม่ทำปฏิกิริยาระหว่างกันภายใต้สภาวะปกติ ซึ่งทำให้อากาศของโลกสามารถคง "สถานะที่เป็นอยู่" ขององค์ประกอบได้ โปรดทราบว่าส่วนสำคัญของแอมโมเนียสามารถละลายในน้ำได้ในระหว่างการก่อตัวของชั้นไฮโดรสเฟียร์

ปัจจุบันแหล่งที่มาหลักของ N 2 ที่เข้าสู่บรรยากาศคือก๊าซภูเขาไฟ

ถ้าคุณทำลายพันธะสาม...

หลังจากที่ทำลายปริมาณสำรองของไนโตรเจนที่ยังไม่หมดแรงที่มีอยู่อย่างไม่รู้จักจบสิ้น สัตว์ป่าต้องเผชิญกับปัญหาในการจับไนโตรเจน ในสถานะโมเลกุลอิสระอย่างที่เราทราบ มันกลับกลายเป็นว่าเฉื่อยมาก สาเหตุของสิ่งนี้คือพันธะเคมีสามตัวของโมเลกุล: N≡N

โดยปกติพันธะของหลายหลากดังกล่าวจะไม่เสถียร นึกถึงตัวอย่างคลาสสิกของอะเซทิลีน: HC = CH พันธะสามของโมเลกุลนั้นบอบบางมาก ซึ่งอธิบายกิจกรรมทางเคมีที่น่าเหลือเชื่อของก๊าซนี้ แต่ไนโตรเจนมีความผิดปกติที่ชัดเจน: พันธะสามของมันก่อให้เกิดความเสถียรที่สุดในบรรดาโมเลกุลไดอะตอมมิกที่รู้จักทั้งหมด ต้องใช้ความพยายามอย่างมากในการทำลายการเชื่อมต่อนี้ ตัวอย่างเช่น การสังเคราะห์แอมโมเนียทางอุตสาหกรรมต้องใช้แรงดันมากกว่า 200 atm และอุณหภูมิสูงกว่า 500 องศาเซลเซียส และแม้กระทั่งการมีอยู่ของตัวเร่งปฏิกิริยา... การแก้ปัญหาการตรึงไนโตรเจน ธรรมชาติต้องสร้างการผลิตสารประกอบไนโตรเจนอย่างต่อเนื่องโดยวิธีพายุฝนฟ้าคะนอง

สถิติกล่าวว่ามีฟ้าผ่ามากกว่าสามพันล้านครั้งต่อปีในชั้นบรรยากาศของโลกของเรา พลังของการปล่อยแต่ละครั้งถึง 200 ล้านกิโลวัตต์ในขณะที่อากาศได้รับความร้อน (แน่นอนในท้องถิ่น) สูงถึง 20,000 องศา ที่อุณหภูมิมหึมาเช่นนี้ โมเลกุลของออกซิเจนและไนโตรเจนจะสลายตัวเป็นอะตอม ซึ่งทำปฏิกิริยาซึ่งกันและกันได้ง่าย ก่อให้เกิดไนตริกออกไซด์ที่เปราะบาง:

N 2 + O 2 → 2NO.

เนื่องจากการระบายความร้อนอย่างรวดเร็ว (การปล่อยฟ้าผ่าเป็นเวลาหนึ่งหมื่นวินาที) ไนตริกออกไซด์ไม่สลายตัวและถูกออกซิไดซ์อย่างอิสระโดยออกซิเจนในอากาศเป็นไดออกไซด์ที่เสถียรกว่า:

2NO + O 2 → 2NO 2

ในที่ที่มีความชื้นในบรรยากาศและเม็ดฝน ไนโตรเจนไดออกไซด์จะถูกแปลงเป็นกรดไนตริก:

3NO 2 + H 2 O → 2HNO 3 + NO.

ดังนั้นเมื่อตกอยู่ภายใต้พายุฝนฟ้าคะนอง เราจึงมีโอกาสว่ายน้ำในสารละลายกรดไนตริกอ่อนๆ กรดไนตริกในบรรยากาศแทรกซึมเข้าไปในดินก่อให้เกิดปุ๋ยธรรมชาติหลายชนิดพร้อมสารของมัน ไนโตรเจนได้รับการแก้ไขในบรรยากาศด้วยวิธีการทางเคมีด้วยแสง: เมื่อดูดซับควอนตัมของแสงโมเลกุล N 2 จะเข้าสู่สถานะกระตุ้นและกระตุ้นและสามารถรวมกับออกซิเจน ...

แบคทีเรียและไนโตรเจน

จากดินสารประกอบไนโตรเจนเข้าสู่พืช เพิ่มเติม: "ม้ากินข้าวโอ๊ต" และผู้ล่ากินสัตว์กินพืช ห่วงโซ่อาหารเป็นวัฏจักรของสสาร รวมทั้งองค์ประกอบที่ 7 ในเวลาเดียวกัน รูปแบบของการดำรงอยู่ของไนโตรเจนเปลี่ยนแปลงไป รวมอยู่ในองค์ประกอบของสารประกอบที่ซับซ้อนมากขึ้นและมักออกฤทธิ์มาก แต่ไม่ใช่แค่ไนโตรเจน "ที่เกิดจากพายุ" เท่านั้นที่เดินทางผ่านห่วงโซ่อาหาร

แม้แต่ในสมัยโบราณก็สังเกตเห็นว่าพืชบางชนิดโดยเฉพาะพืชตระกูลถั่วสามารถเพิ่มความอุดมสมบูรณ์ของดินได้

“...หรือว่าปีจะเปลี่ยนไป จงหว่านธัญญาหารทองคำ
ที่ซึ่งเขาเก็บเกี่ยวจากทุ่ง เกิดเสียงกรอบแกรบด้วยฝัก
หรือที่ซึ่งผลไม้เล็ก ๆ ที่มีหมาป่าขมเติบโต ... "

ทำความเข้าใจ: นี่คือระบบการทำฟาร์มในทุ่งนา! บรรทัดเหล่านี้นำมาจากบทกวีของเวอร์จิลที่เขียนเมื่อสองพันปีที่แล้ว

บางทีคนแรกที่คิดว่าเหตุใดพืชตระกูลถั่วจึงให้ผลผลิตธัญพืชเพิ่มขึ้นคือเจ. บุสซิงอ์ นักเคมีเกษตรชาวฝรั่งเศส ในปี พ.ศ. 2381 เขาพบว่าพืชตระกูลถั่วทำให้ดินอุดมสมบูรณ์ด้วยไนโตรเจน ธัญพืช (และพืชอื่นๆ อีกมาก) ทำลายโลก โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ไนโตรเจนที่เหมือนกันทั้งหมด บุสเซนโกแนะนำว่าใบของพืชตระกูลถั่วดูดซับไนโตรเจนจากอากาศ แต่นี่เป็นความเข้าใจผิด ในเวลานั้น เป็นเรื่องที่คิดไม่ถึงที่จะสรุปว่าเรื่องนี้ไม่ได้อยู่ในพืช แต่อยู่ในจุลินทรีย์พิเศษที่ก่อให้เกิดการก่อตัวของก้อนบนรากของพวกมัน ในการอยู่ร่วมกับพืชตระกูลถั่ว สิ่งมีชีวิตเหล่านี้แก้ไขไนโตรเจนในบรรยากาศ ตอนนี้คือความจริง...

ทุกวันนี้รู้จักสารเติมแต่งไนโตรเจนที่แตกต่างกันค่อนข้างมาก: แบคทีเรีย, แอคติโนมัยซีต, ยีสต์และเชื้อรารา, สาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน และพวกเขาทั้งหมดจัดหาไนโตรเจนให้กับพืช แต่คำถามคือ จุลินทรีย์จะสลายโมเลกุลเฉื่อย N 2 ได้อย่างไรโดยไม่ต้องเสียค่าใช้จ่ายด้านพลังงานพิเศษ และทำไมบางชนิดถึงมีความสามารถที่มีประโยชน์มากที่สุดสำหรับสิ่งมีชีวิตทุกชนิด ในขณะที่บางชนิดไม่มีความสามารถนี้ เป็นเวลานานมันยังคงเป็นปริศนา กลไกการตรึงทางชีวภาพขององค์ประกอบหมายเลข 7 ที่เงียบไม่มีฟ้าร้องและฟ้าผ่าเพิ่งค้นพบเมื่อไม่นานมานี้ ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเส้นทางของธาตุไนโตรเจนสู่สิ่งมีชีวิตเป็นไปได้เนื่องจากกระบวนการรีดักชัน ในระหว่างนั้นไนโตรเจนจะถูกแปลงเป็นแอมโมเนีย บทบาทสำคัญเล่นโดยเอนไซม์ไนโตรเจน ศูนย์กลางซึ่งประกอบด้วยสารประกอบของเหล็กและโมลิบดีนัม กระตุ้นไนโตรเจนเพื่อ "เชื่อมต่อ" กับไฮโดรเจน ซึ่งก่อนหน้านี้ถูกกระตุ้นโดยเอ็นไซม์อื่น ดังนั้นจากไนโตรเจนเฉื่อยจึงได้แอมโมเนียที่ว่องไวมากซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์แรกที่เสถียรของการตรึงไนโตรเจนทางชีวภาพ

นี่เป็นวิธีที่มันเปิดออก! ประการแรก กระบวนการของชีวิตเปลี่ยนแอมโมเนียในบรรยากาศปฐมภูมิให้เป็นไนโตรเจน จากนั้นชีวิตก็เปลี่ยนไนโตรเจนเป็นแอมโมเนียอีกครั้ง มันคุ้มค่าหรือไม่ที่ธรรมชาติจะ "ทำลายหอก" เรื่องนี้? แน่นอน เพราะนี่คือวิธีที่วงจรขององค์ประกอบหมายเลข 7 เกิดขึ้น

ดินประสิวและการเติบโตของประชากร

การตรึงไนโตรเจนตามธรรมชาติโดยฟ้าผ่าและแบคทีเรียในดินทำให้ได้สารประกอบของธาตุนี้ประมาณ 150 ล้านตันต่อปี อย่างไรก็ตาม ไนโตรเจนที่ถูกผูกไว้ทั้งหมดไม่เกี่ยวข้องกับวัฏจักร ส่วนหนึ่งของมันถูกถอนออกจากกระบวนการและฝากเป็นดินประสิว ตู้กับข้าวที่ร่ำรวยที่สุดคือทะเลทรายอาตากามาของชิลีในบริเวณเชิงเขาของเทือกเขาคอร์ดีเยรา ที่นี่ฝนไม่ตกมาหลายปีแล้ว แต่บางครั้งฝนที่ตกหนักจะตกลงมาบนเนินลาดของภูเขา ล้างสารประกอบของดินออกไป เป็นเวลานับพันปีแล้วที่กระแสน้ำได้พัดพาเกลือที่ละลายน้ำลงมา ซึ่งดินประสิวเป็นดินประสิวมากที่สุด น้ำระเหย เกลือยังคงอยู่... นี่คือสาเหตุที่แหล่งสะสมไนโตรเจนที่ใหญ่ที่สุดในโลก

Johann Rudolf Glauber นักเคมีชื่อดังชาวเยอรมันอีกคนหนึ่งซึ่งอาศัยอยู่ในศตวรรษที่ 17 ได้กล่าวถึงความสำคัญพิเศษของเกลือไนโตรเจนสำหรับการพัฒนาพืช ในงานเขียนของเขา ซึ่งสะท้อนถึงวัฏจักรของสารไนโตรเจนในธรรมชาติ เขาใช้สำนวนเช่น "น้ำในดินไนตรัส" และ "เกลือแร่ - เกลือแห่งความอุดมสมบูรณ์"

แต่ดินประสิวธรรมชาติเป็นปุ๋ยเริ่มใช้เฉพาะในตอนต้นของศตวรรษที่ผ่านมาเมื่อเงินฝากของชิลีเริ่มมีการพัฒนา ในขณะนั้นเป็นแหล่งไนโตรเจนที่สำคัญเพียงแหล่งเดียว ซึ่งดูเหมือนว่าความเป็นอยู่ที่ดีของมนุษยชาติจะขึ้นอยู่กับ อุตสาหกรรมไนโตรเจนนั้นเป็นไปไม่ได้

ในปี ค.ศ. 1824 นักบวชชาวอังกฤษ โธมัส มัลธัส ได้ประกาศหลักคำสอนที่น่าอับอายของเขาว่าจำนวนประชากรเพิ่มขึ้นเร็วกว่าการผลิตอาหารมาก ในเวลานั้นการส่งออกดินประสิวของชิลีมีเพียง 1,000 ตันต่อปีเท่านั้น ในปี 1887 เพื่อนร่วมชาติของ Malthus นักวิทยาศาสตร์ชื่อดัง Thomas Huxley ทำนายการสิ้นสุดของอารยธรรมที่ใกล้เข้ามาเนื่องจาก "ความหิวโหยไนโตรเจน" ที่จะเกิดขึ้นหลังจากการพัฒนาของดินประสิวชิลี (การผลิตในเวลานั้นมีมากกว่า 500,000 ตันแล้ว ต่อปี).

11 ปีต่อมา เซอร์วิลเลียม ครูกส์ นักวิทยาศาสตร์ชื่อดังอีกคนหนึ่งบอกกับ British Society for the Advancement of Science ว่าภายในเวลาไม่ถึงครึ่งศตวรรษ อาหารจะพังถ้าประชากรไม่ลดลง นอกจากนี้ เขายังโต้เถียงกับการคาดการณ์ที่น่าเศร้าของเขาด้วยข้อเท็จจริงที่ว่า "อีกไม่นานแร่ดินประสิวของชิลีจะหมดลงอย่างสมบูรณ์" พร้อมกับผลที่ตามมาทั้งหมด

คำทำนายเหล่านี้ไม่เป็นจริง - มนุษยชาติไม่ได้ตาย แต่เข้าใจการตรึงองค์ประกอบหมายเลข 7 ที่ประดิษฐ์ขึ้น นอกจากนี้ ในปัจจุบัน ดินประสิวธรรมชาติมีส่วนแบ่งเพียง 1.5% ของการผลิตสารที่ประกอบด้วยไนโตรเจนในโลก

ไนโตรเจนถูกผูกมัดอย่างไร

ผู้คนสามารถได้รับสารประกอบไนโตรเจนมาเป็นเวลานาน ดินประสิวเดียวกันถูกเตรียมในเพิงพิเศษ - ดินประสิว แต่วิธีนี้เป็นวิธีดั้งเดิมมาก ดินประสิวทำมาจากมูลสัตว์ ขี้เถ้า มูล เศษหนัง เลือด มันฝรั่ง ในช่วงสองปีนี้ กองจะถูกรดน้ำด้วยปัสสาวะแล้วพลิกกลับ หลังจากนั้นจึงเกิดการเคลือบดินประสิว” มีคำอธิบายเกี่ยวกับการผลิตดินประสิวในหนังสือเล่มเก่าเล่มหนึ่ง

ถ่านหินซึ่งมีไนโตรเจนมากถึง 3% สามารถทำหน้าที่เป็นแหล่งของสารประกอบไนโตรเจนได้ ไนโตรเจนที่ถูกผูกไว้! ไนโตรเจนนี้เริ่มแยกออกได้ในระหว่างการเผาถ่านหิน โดยจับเศษแอมโมเนียและส่งผ่านกรดซัลฟิวริก

ผลิตภัณฑ์สุดท้ายคือแอมโมเนียมซัลเฟต แต่โดยทั่วไปแล้วเศษเล็กเศษน้อย เป็นการยากที่จะจินตนาการว่าอารยธรรมของเราจะพัฒนาไปอย่างไรหากไม่สามารถแก้ปัญหาการตรึงไนโตรเจนในบรรยากาศที่เป็นที่ยอมรับในอุตสาหกรรมได้ทันเวลา

Scheele เป็นคนแรกที่จับไนโตรเจนในบรรยากาศ ในปี ค.ศ. 1775 เขาได้รับโซเดียมไซยาไนด์โดยการให้ความร้อนโซดากับถ่านหินในบรรยากาศไนโตรเจน:

นา 2 CO 3 + 4C + N 2 → 2NaCN + 3CO

ในปี ค.ศ. 1780 พรีสลีย์พบว่าปริมาตรของอากาศในภาชนะที่คว่ำอยู่เหนือน้ำจะลดลงหากมีประกายไฟฟ้าผ่านเข้าไป และน้ำจะได้รับคุณสมบัติของกรดอ่อน การทดลองนี้เป็นอย่างที่เราทราบ (Priestley ไม่รู้) ซึ่งเป็นแบบจำลองของกลไกทางธรรมชาติของการตรึงไนโตรเจน สี่ปีต่อมา คาเวนดิชปล่อยกระแสไฟฟ้าผ่านอากาศซึ่งอยู่ในหลอดแก้วที่มีสารอัลคาไล และพบดินประสิวที่นั่น

และแม้ว่าการทดลองทั้งหมดเหล่านี้ไม่สามารถไปไกลกว่าห้องปฏิบัติการในขณะนั้นได้ แต่พวกเขาแสดงต้นแบบของวิธีการทางอุตสาหกรรมของการตรึงไนโตรเจน - ไซยานาไมด์และส่วนโค้งซึ่งปรากฏขึ้นในช่วงเปลี่ยนของศตวรรษที่ 19 ... 20

วิธีไซยานาไมด์ได้รับการจดสิทธิบัตรในปี พ.ศ. 2438 โดยนักวิจัยชาวเยอรมัน A. Frank และ N. Caro ตามวิธีนี้ ไนโตรเจนเมื่อถูกความร้อนด้วยแคลเซียมคาร์ไบด์จะถูกจับกับแคลเซียมไซยานาไมด์:

CaC 2 + N 2 → Ca(CN) 2

ในปีพ.ศ. 2444 ลูกชายของแฟรงค์ได้นำเสนอแนวคิดที่ว่าแคลเซียมไซยานาไมด์สามารถใช้เป็นปุ๋ยที่ดีได้ โดยพื้นฐานแล้วได้วางรากฐานสำหรับการผลิตสารนี้ การเติบโตของอุตสาหกรรมไนโตรเจนคงที่ทำให้เกิดไฟฟ้าราคาถูก วิธีที่มีแนวโน้มมากที่สุดในการแก้ไขไนโตรเจนในบรรยากาศเมื่อสิ้นสุดศตวรรษที่ XIX ถือเป็นส่วนโค้งโดยใช้การคายประจุไฟฟ้า ไม่นานหลังจากการก่อสร้างโรงไฟฟ้าไนแองการา ชาวอเมริกันที่อยู่ใกล้เคียงก็ได้เปิดโรงงานอาร์คแห่งแรกขึ้น (ในปี พ.ศ. 2445) สามปีต่อมา การติดตั้งส่วนโค้งถูกนำไปใช้งานในนอร์เวย์ ซึ่งพัฒนาโดยนักทฤษฎีและผู้เชี่ยวชาญในการศึกษาแสงเหนือ H. Birkeland และวิศวกรภาคปฏิบัติ S. Eide พืชประเภทนี้แพร่หลาย ดินประสิวที่พวกเขาผลิตเรียกว่านอร์เวย์ อย่างไรก็ตาม การใช้ไฟฟ้าในกระบวนการนี้สูงมาก และมีจำนวน 70,000 กิโลวัตต์ต่อชั่วโมงต่อตันของไนโตรเจนที่ถูกผูกไว้ และมีเพียง 3% ของพลังงานนี้เท่านั้นที่ใช้โดยตรงสำหรับการตรึง

ผ่านแอมโมเนีย

วิธีการตรึงไนโตรเจนที่กล่าวข้างต้นเป็นเพียงแนวทางที่ปรากฏขึ้นก่อนสงครามโลกครั้งที่หนึ่งไม่นาน เกี่ยวกับเขาที่นักวิทยาศาตร์ชาวอเมริกันชื่อ E. Slosson ตั้งข้อสังเกตอย่างมีไหวพริบว่า: "มีคนพูดเสมอว่าอังกฤษครองทะเลและฝรั่งเศส - บนบกในขณะที่ชาวเยอรมันเหลือเพียงอากาศ ชาวเยอรมันดูเหมือนจะจริงจังกับเรื่องตลกนี้และเริ่มใช้อาณาจักรอากาศเพื่อโจมตีอังกฤษและฝรั่งเศส ... ไกเซอร์ ... มีเรือเหาะทั้งหมดและวิธีการตรึงไนโตรเจนที่ประเทศอื่นไม่รู้จัก เรือเหาะระเบิดเหมือนถุงลมนิรภัย แต่โรงงานตรึงไนโตรเจนยังคงทำงานต่อไปและทำให้เยอรมนีเป็นอิสระจากชิลี ไม่เพียงแต่ในช่วงปีสงครามเท่านั้น แต่ยังอยู่ในยามสงบด้วย

Slosson พูดไม่ถูกเมื่อเขากล่าวว่าวิธีการตรึงไนโตรเจนเป็นแอมโมเนียไม่เป็นที่รู้จักทุกที่ยกเว้นในเยอรมนี พื้นฐานทางทฤษฎีของกระบวนการนี้วางโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสและอังกฤษ ย้อนกลับไปในปี ค.ศ. 1784 C. Berthollet ที่มีชื่อเสียงได้สร้างองค์ประกอบของแอมโมเนียและเสนอสมดุลทางเคมีของปฏิกิริยาการสังเคราะห์และการสลายตัวของสารนี้ ห้าปีต่อมาชาวอังกฤษ W. Austin ได้พยายามสังเคราะห์ NH 3 จากไนโตรเจนและไฮโดรเจนเป็นครั้งแรก และสุดท้าย นักเคมีชาวฝรั่งเศส เอ. เลอ ชาเตอลิเยร์ ซึ่งได้กำหนดหลักการสมดุลเคลื่อนที่อย่างชัดเจน เป็นคนแรกที่สังเคราะห์แอมโมเนีย ในเวลาเดียวกัน เขาใช้แรงดันสูงและตัวเร่งปฏิกิริยา - แพลตตินั่มและเหล็กเป็นรูพรุน ในปี 1901 Le Chatelier ได้จดสิทธิบัตรวิธีนี้

การวิจัยเกี่ยวกับการสังเคราะห์แอมโมเนียในตอนต้นศตวรรษยังดำเนินการโดย E. Perman และ G. Atkins ในอังกฤษ ในการทดลอง นักวิจัยเหล่านี้ใช้โลหะหลายชนิดเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา โดยเฉพาะทองแดง นิกเกิล และโคบอลต์ ...

แต่การสังเคราะห์แอมโมเนียจากไฮโดรเจนและไนโตรเจนในระดับอุตสาหกรรมประสบความสำเร็จเป็นครั้งแรกในเยอรมนี นี่คือข้อดีของนักเคมีชื่อดัง Fritz Haber ในปี 1918 เขาได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมี

เทคโนโลยีสำหรับการผลิต NH 3 ที่พัฒนาโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันนั้นแตกต่างจากอุตสาหกรรมอื่นในสมัยนั้นอย่างมาก ที่นี่เป็นครั้งแรกที่มีการนำหลักการของวงจรปิดที่มีอุปกรณ์ทำงานอย่างต่อเนื่องและการนำพลังงานกลับมาใช้ใหม่ การพัฒนาเทคโนโลยีสำหรับการสังเคราะห์แอมโมเนียขั้นสุดท้ายเสร็จสิ้นโดยเค. บอชเพื่อนร่วมงานและเพื่อนของฮาเบอร์ ซึ่งได้รับรางวัลโนเบลในปี พ.ศ. 2474 จากการพัฒนาวิธีการสังเคราะห์ทางเคมีที่ความดันสูง

บนเส้นทางแห่งธรรมชาติ

การสังเคราะห์แอมโมเนียได้กลายเป็นอีกรูปแบบหนึ่งสำหรับการตรึงองค์ประกอบหมายเลข 7 ตามธรรมชาติ จำได้ว่าจุลินทรีย์จับไนโตรเจนใน NH 3 ด้วยข้อดีทั้งหมดของกระบวนการ Haber-Bosch ทำให้ดูไม่สมบูรณ์แบบและยุ่งยากเมื่อเทียบกับกระบวนการธรรมชาติ!

"การตรึงไนโตรเจนในบรรยากาศทางชีวภาพ ... เป็นความขัดแย้ง เป็นความท้าทายอย่างต่อเนื่องสำหรับนักเคมี เป็นการแสดงให้เห็นถึงความรู้ของเราไม่เพียงพอ" คำเหล่านี้เป็นของนักเคมีโซเวียต M.E. Volpin และ A.E. Shilov ผู้พยายามแก้ไขโมเลกุลไนโตรเจนภายใต้สภาวะที่ไม่รุนแรง

ในตอนแรกมีความล้มเหลว แต่ในปี 1964 ที่สถาบัน Organoelement Compounds ของ Academy of Sciences of the USSR ในห้องทดลองของ Volpin มีการค้นพบ: ต่อหน้าสารประกอบของโลหะทรานซิชัน - ไทเทเนียม วานาเดียม โครเมียม โมลิบดีนัม และเหล็ก - องค์ประกอบหมายเลข 7 ถูกกระตุ้นและภายใต้สภาวะปกติจะก่อให้เกิดสารประกอบเชิงซ้อนที่ย่อยสลายโดยน้ำไปเป็นแอมโมเนีย โลหะเหล่านี้ทำหน้าที่เป็นศูนย์ตรึงไนโตรเจนในเอนไซม์ตรึงไนโตรเจน และตัวเร่งปฏิกิริยาที่ยอดเยี่ยมในการผลิตแอมโมเนีย

หลังจากนั้นไม่นานนักวิทยาศาสตร์ชาวแคนาดา A. Allen และ K. Zenof ได้ศึกษาปฏิกิริยาของ hydrazine N 2 H 2 กับ ruthenium trichloride ได้รับสารเคมีเชิงซ้อนซึ่งไนโตรเจนกลับกลายเป็นพันธะอีกครั้งภายใต้สภาวะที่ไม่รุนแรง ผลลัพธ์นี้ขัดกับแนวคิดทั่วไปที่บรรณาธิการวารสารซึ่งนักวิจัยส่งบทความพร้อมข้อความโลดโผน ปฏิเสธที่จะเผยแพร่ ต่อมา นักวิทยาศาสตร์โซเวียตสามารถหาสารอินทรีย์ที่ประกอบด้วยไนโตรเจนได้ภายใต้สภาวะที่ไม่รุนแรง ยังเร็วเกินไปที่จะพูดถึงวิธีการทางอุตสาหกรรมในการตรึงไนโตรเจนในบรรยากาศด้วยสารเคมีเล็กน้อย อย่างไรก็ตาม ความคืบหน้าทำให้เราคาดการณ์ถึงการปฏิวัติที่ใกล้จะเกิดขึ้นในเทคโนโลยีการตรึงองค์ประกอบ #7

วิทยาศาสตร์สมัยใหม่ไม่ได้ลืมวิธีการแบบเก่าในการรับสารประกอบไนโตรเจนผ่านออกไซด์ ที่นี่ความพยายามหลักมุ่งไปที่การพัฒนากระบวนการทางเทคโนโลยีที่เร่งการแยกโมเลกุล N 2 ออกเป็นอะตอม พื้นที่ที่มีแนวโน้มมากที่สุดของการเกิดออกซิเดชันของไนโตรเจนคือการเผาไหม้ของอากาศในเตาเผาพิเศษ การใช้ไฟฉายพลาสม่า และการใช้ลำแสงอิเล็กตรอนแบบเร่งเพื่อจุดประสงค์เหล่านี้

ทำไมต้องกลัว?

ทุกวันนี้ไม่มีเหตุผลที่จะต้องกลัวว่ามนุษย์จะเคยประสบกับการขาดสารประกอบไนโตรเจน การตรึงองค์ประกอบ #7 ในอุตสาหกรรมกำลังดำเนินไปอย่างเหลือเชื่อ หากในช่วงปลายยุค 60 การผลิตไนโตรเจนคงที่ของโลกอยู่ที่ 30 ล้านตัน จากนั้นในต้นศตวรรษหน้าก็มีแนวโน้มว่าจะสูงถึงหนึ่งพันล้านตัน!

ความสำเร็จดังกล่าวไม่เพียงแต่ให้กำลังใจ แต่ยังก่อให้เกิดความกังวลอีกด้วย ความจริงก็คือการตรึง N 2 เทียมและการนำสารที่มีไนโตรเจนจำนวนมากเข้าสู่ดินเป็นการแทรกแซงของมนุษย์ที่ร้ายแรงและสำคัญที่สุดในการไหลเวียนของสารตามธรรมชาติ ทุกวันนี้ปุ๋ยไนโตรเจนไม่ได้เป็นเพียงสารช่วยในการเจริญพันธุ์ แต่ยังรวมถึงมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมด้วย พวกมันถูกชะล้างจากดินสู่แม่น้ำและทะเลสาบ ทำให้เกิดการออกดอกของอ่างเก็บน้ำ และถูกกระแสลมพัดพาไปในระยะทางไกล...

ไนโตรเจนในปุ๋ยแร่มากถึง 13% ลงไปในน้ำใต้ดิน สารประกอบไนโตรเจน โดยเฉพาะไนเตรต เป็นอันตรายต่อมนุษย์และอาจทำให้เกิดพิษได้ นี่คือเครื่องป้อนไนโตรเจนสำหรับคุณ!

องค์การอนามัยโลก (WHO) ได้ใช้ความเข้มข้นสูงสุดของไนเตรตในน้ำดื่ม: 22 มก./ล. สำหรับละติจูดพอสมควร และ 10 มก./ล. สำหรับเขตร้อน ในสหภาพโซเวียตมาตรฐานสุขาภิบาลควบคุมเนื้อหาของไนเตรตในน้ำของอ่างเก็บน้ำตามมาตรฐาน "เขตร้อน" - ไม่เกิน 10 มก. / ล. ปรากฎว่าไนเตรตเป็นยา "สองคม" ...

เมื่อวันที่ 4 ตุลาคม 2500 มนุษยชาติได้เข้าแทรกแซงในวัฏจักรขององค์ประกอบหมายเลข 7 อีกครั้งโดยปล่อย "ลูกบอล" ที่เต็มไปด้วยไนโตรเจนสู่อวกาศ - ดาวเทียมประดิษฐ์ดวงแรก ...

Mendeleev กับไนโตรเจน

“แม้ว่าจะใช้งานมากที่สุดคือ ออกซิเจนส่วนที่ทำปฏิกิริยาทางเคมีได้ง่ายและบ่อยที่สุดคือออกซิเจน แต่มวลที่ใหญ่ที่สุดซึ่งพิจารณาจากปริมาตรและน้ำหนักคือไนโตรเจน กล่าวคือไนโตรเจนในก๊าซมีมากกว่า 3/4 แม้ว่าจะน้อยกว่า 4/5 ของปริมาตรอากาศก็ตาม และเนื่องจากไนโตรเจนมีน้ำหนักเบากว่าออกซิเจนเพียงเล็กน้อยเท่านั้น ปริมาณไนโตรเจนในอากาศจึงมีน้ำหนักประมาณ 3/4 ของมวลทั้งหมด การเข้าสู่อากาศในปริมาณที่มีนัยสำคัญ เห็นได้ชัดว่าไนโตรเจนไม่ได้มีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในชั้นบรรยากาศ ซึ่งผลกระทบทางเคมีนั้นพิจารณาจากปริมาณออกซิเจนในอากาศเป็นหลัก แต่แนวคิดที่ถูกต้องของไนโตรเจนจะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อเราเรียนรู้ว่าสัตว์ไม่สามารถอยู่ได้นานในออกซิเจนบริสุทธิ์ พวกมันถึงกับตาย และไนโตรเจนในอากาศถึงแม้จะช้าและทีละเล็กทีละน้อย ก่อตัวเป็นสารประกอบต่างๆ ซึ่งบางส่วน มีบทบาทสำคัญในธรรมชาติโดยเฉพาะในชีวิตของสิ่งมีชีวิต

ไนโตรเจนใช้ที่ไหน?

ไนโตรเจนเป็นก๊าซที่ถูกที่สุดในบรรดาก๊าซทั้งหมด โดยเฉื่อยทางเคมีภายใต้สภาวะปกติ มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในเทคโนโลยีเคมีเพื่อสร้างสภาพแวดล้อมที่ไม่เกิดปฏิกิริยาออกซิไดซ์ สารประกอบที่ออกซิไดซ์ได้ง่ายจะถูกเก็บไว้ในห้องปฏิบัติการในบรรยากาศที่มีไนโตรเจน บางครั้งภาพเขียนที่โดดเด่น (ในการจัดเก็บหรือระหว่างการขนส่ง) ถูกวางไว้ในกล่องปิดสนิทซึ่งเต็มไปด้วยไนโตรเจน - เพื่อปกป้องสีจากความชื้นและส่วนประกอบทางเคมีของอากาศ

ไนโตรเจนมีบทบาทสำคัญในโลหะวิทยาและโลหะการ โลหะต่างๆ ในสถานะหลอมเหลวจะทำปฏิกิริยากับไนโตรเจนต่างกัน ตัวอย่างเช่น ทองแดงมีความเฉื่อยอย่างยิ่งเมื่อเทียบกับไนโตรเจน ดังนั้นผลิตภัณฑ์ทองแดงจึงมักถูกเชื่อมด้วยไอพ่นของก๊าซนี้ ในทางกลับกัน เมื่อเผาในอากาศ แมกนีเซียมจะให้สารประกอบไม่เฉพาะกับออกซิเจนเท่านั้น แต่ยังมีไนโตรเจนด้วย ดังนั้น สำหรับการทำงานกับผลิตภัณฑ์แมกนีเซียมที่อุณหภูมิสูง สภาพแวดล้อมไนโตรเจนจึงไม่สามารถใช้ได้ ความอิ่มตัวของไนโตรเจนของพื้นผิวไททาเนียมทำให้โลหะมีความแข็งแรงและทนต่อการสึกหรอมากขึ้น - ทำให้เกิดไททาเนียมไนไตรด์ที่แรงมากและเฉื่อยทางเคมี ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูงเท่านั้น

ที่อุณหภูมิปกติ ไนโตรเจนจะทำปฏิกิริยาอย่างแข็งขันกับลิเธียมโลหะเพียงชนิดเดียว

ปริมาณไนโตรเจนที่ใหญ่ที่สุดจะไปผลิตแอมโมเนีย

ง่วงนอนไนโตรเจน

ความคิดเห็นอย่างกว้างขวางเกี่ยวกับความเฉื่อยทางสรีรวิทยาของไนโตรเจนนั้นไม่ถูกต้องทั้งหมด ไนโตรเจนมีความเฉื่อยทางสรีรวิทยาภายใต้สภาวะปกติ

ด้วยแรงกดดันที่เพิ่มขึ้น ตัวอย่างเช่น เมื่อนักดำน้ำดำน้ำ ความเข้มข้นของไนโตรเจนที่ละลายในโปรตีนและโดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื้อเยื่อไขมันของร่างกายจะเพิ่มขึ้น สิ่งนี้นำไปสู่อาการง่วงนอนของไนโตรเจน นักประดาน้ำดูเหมือนจะเมา: การประสานงานของการเคลื่อนไหวถูกรบกวน, สติรู้สึกสับสน ข้อเท็จจริงที่ว่าเหตุผลของสิ่งนี้คือไนโตรเจน ในที่สุดนักวิทยาศาสตร์ก็เชื่อมั่นหลังจากทำการทดลอง ซึ่งแทนที่จะใช้อากาศธรรมดา ส่วนผสมของฮีเลียม-ออกซิเจนถูกส่งไปยังชุดของนักประดาน้ำ พร้อมกันนั้นอาการของการวางยาสลบก็หายไป

แอมโมเนียในอวกาศ

ดาวเคราะห์ขนาดใหญ่ของระบบสุริยะดาวเสาร์และดาวพฤหัสบดีประกอบขึ้นด้วยแอมโมเนียที่เป็นของแข็งตามที่นักดาราศาสตร์เชื่อ แอมโมเนียแข็งตัวที่ -78°C ขณะที่บนพื้นผิวของดาวพฤหัส อุณหภูมิเฉลี่ยอยู่ที่ 138°C

แอมโมเนียและแอมโมเนียม

ในตระกูลไนโตรเจนขนาดใหญ่มีสารประกอบแปลก ๆ - แอมโมเนียม NH 4 ในรูปแบบอิสระไม่พบที่ใดก็ได้และในเกลือจะทำหน้าที่เป็นโลหะอัลคาไล ชื่อ "แอมโมเนียม" ถูกเสนอในปี 1808 โดย Humphrey Davy นักเคมีชื่อดังชาวอังกฤษ คำภาษาละติน แอมโมเนียม เคยหมายถึง: เกลือจากแอมโมเนียม แอมโมเนียเป็นภูมิภาคในลิเบีย มีวิหารของเทพเจ้าอัมโมนแห่งอียิปต์ซึ่งต่อมาเรียกทั้งภูมิภาค ในแอมโมเนีย เกลือแอมโมเนียม (ส่วนใหญ่เป็นแอมโมเนีย) ได้มาจากการเผามูลอูฐมานานแล้ว การสลายตัวของเกลือทำให้เกิดก๊าซซึ่งปัจจุบันเรียกว่าแอมโมเนีย

ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2330 (ในปีเดียวกับที่ใช้คำว่า "ไนโตรเจน") คณะกรรมการการตั้งชื่อทางเคมีได้กำหนดให้ก๊าซนี้มีชื่อว่าแอมโมเนีย (แอมโมเนีย) นักเคมีชาวรัสเซีย Ya.D. ชื่อนี้ดูเหมือนจะยาวเกินไปสำหรับ Zakharov และในปี 1801 เขาได้แยกจดหมายสองฉบับออกจากชื่อ นี่คือวิธีที่แอมโมเนียเกิดขึ้น

แก๊สหัวเราะ

จากห้าออกไซด์ของไนโตรเจน สอง - ออกไซด์ (NO) และไดออกไซด์ (NO 2) - พบว่ามีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม อีกสอง - ไนตรัสแอนไฮไดรด์ (N 2 O 3) และไนตริกแอนไฮไดรด์ (N 2 O 5) - มักไม่พบในห้องปฏิบัติการ ที่ห้าคือไนตรัสออกไซด์ (N 2 O) มันมีผลทางสรีรวิทยาที่แปลกประหลาดมากซึ่งมักเรียกว่าแก๊สหัวเราะ

นักเคมีชาวอังกฤษชื่อ Humphrey Davy ได้จัดการประชุมพิเศษโดยใช้ก๊าซนี้ นี่คือวิธีที่ผู้ร่วมสมัยคนหนึ่งของ Davy บรรยายถึงผลกระทบของไนตรัสออกไซด์: "สุภาพบุรุษบางคนกระโดดขึ้นไปบนโต๊ะและเก้าอี้ คนอื่นๆ พูดไม่ออก คนอื่นๆ มีแนวโน้มที่จะทะเลาะกันอย่างรุนแรง"

สวิฟหัวเราะอย่างไร้ค่า

Jonathan Swift นักเสียดสีที่มีชื่อเสียงเต็มใจเยาะเย้ยความแห้งแล้งของวิทยาศาสตร์ร่วมสมัย ใน Gulliver's Travels ในคำอธิบายของ Lagado Academy มีสถานที่ดังกล่าว: “เขามีห้องขนาดใหญ่สองห้องที่จำหน่ายของเขาซึ่งเต็มไปด้วยความอยากรู้อยากเห็นที่น่าทึ่งที่สุด ผู้ช่วยห้าสิบคนทำงานภายใต้เขา บางคนควบแน่นอากาศให้กลายเป็นสารหนาแน่นแห้งดึงดินประสิวออกจากมัน ... "

ตอนนี้ดินประสิวจากอากาศเป็นของจริงอย่างแท้จริง แอมโมเนียมไนเตรต NH 4 NO 3 ทำมาจากอากาศและน้ำ

แบคทีเรียตรึงไนโตรเจน

แนวคิดที่ว่าจุลินทรีย์บางชนิดสามารถจับไนโตรเจนในบรรยากาศได้นั้น เริ่มแรกโดยนักฟิสิกส์ชาวรัสเซียชื่อ P. Kossovich นักชีวเคมีชาวรัสเซีย S.N. Winogradsky เป็นคนแรกที่แยกแบคทีเรียที่จับไนโตรเจนได้ชนิดหนึ่งออกจากดิน

พืชนั้นจู้จี้จุกจิก

Dmitry Nikolaevich Pryanishnikov พบว่าพืชหากได้รับโอกาสในการเลือกจะชอบแอมโมเนียไนโตรเจนมากกว่าไนเตรต (ไนเตรตเป็นเกลือของกรดไนตริก).

ตัวออกซิไดซ์ที่สำคัญ

กรดไนตริก HNO 3 เป็นหนึ่งในตัวออกซิไดซ์ที่สำคัญที่สุดที่ใช้ในอุตสาหกรรมเคมี นักเคมีที่ยิ่งใหญ่ที่สุดคนหนึ่งในคริสต์ศตวรรษที่ 17 เตรียมใช้กรดซัลฟิวริกบนดินประสิว โยฮันน์ รูดอล์ฟ กลาเบอร์

ในบรรดาสารประกอบที่ได้รับในปัจจุบันโดยใช้กรดไนตริก มีสารที่จำเป็นอย่างยิ่งหลายอย่าง ได้แก่ ปุ๋ย สีย้อม วัสดุโพลีเมอร์ วัตถุระเบิด

บทบาทคู่

สารประกอบที่มีไนโตรเจนบางชนิดที่ใช้ในเคมีเกษตรทำหน้าที่สองอย่าง ตัวอย่างเช่น เกษตรกรผู้ปลูกฝ้ายใช้แคลเซียมไซยานาไมด์เป็นสารผลัดใบ ซึ่งเป็นสารที่ทำให้ใบไม้ร่วงก่อนเก็บเกี่ยว แต่สารประกอบนี้ยังทำหน้าที่เป็นปุ๋ย

ไนโตรเจนในยาฆ่าแมลง

สารบางชนิดซึ่งรวมถึงไนโตรเจนไม่ได้มีส่วนช่วยในการพัฒนาพืชใดๆ เกลือเอมีนของกรดฟีนอกซีอะซิติกและไตรคลอโรฟีนอกซีอะซิติกเป็นสารกำจัดวัชพืช ครั้งแรกยับยั้งการเจริญเติบโตของวัชพืชในทุ่งพืชธัญพืชที่สองใช้เพื่อเคลียร์ที่ดินสำหรับที่ดินทำกิน - มันทำลายต้นไม้และพุ่มไม้ขนาดเล็ก

พอลิเมอร์: จากชีวภาพถึงอนินทรีย์

อะตอมของไนโตรเจนเป็นส่วนหนึ่งของโพลีเมอร์ธรรมชาติและโพลีเมอร์สังเคราะห์มากมาย ตั้งแต่โปรตีนไปจนถึงไนลอน นอกจากนี้ ไนโตรเจนยังเป็นองค์ประกอบสำคัญของพอลิเมอร์อนินทรีย์ที่ปราศจากคาร์บอน โมเลกุลของยางอนินทรีย์ - โพลีฟอสโฟไนไตรล์คลอไรด์ - เป็นวัฏจักรปิดซึ่งประกอบด้วยอะตอมไนโตรเจนและฟอสฟอรัสสลับกัน ล้อมรอบด้วยคลอรีนไอออน โพลีเมอร์อนินทรีย์ยังรวมถึงไนไตรด์ของโลหะบางชนิด รวมถึงสารที่แข็งที่สุด - โบราโซน

เมแทบอลิซึม

ไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบที่ทำให้เกิดอวัยวะ (ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยอวัยวะและเนื้อเยื่อทั้งหมด) เศษส่วนของมวลซึ่งในร่างกายมนุษย์สูงถึง 2.5% ไนโตรเจนเป็นส่วนสำคัญของสารต่างๆ เช่น (และด้วยเหตุนี้ เปปไทด์และโปรตีน) นิวคลีโอไทด์ เฮโมโกลบิน ฮอร์โมนบางชนิด และผู้ไกล่เกลี่ย

บทบาททางชีวภาพของไนโตรเจน

ไนโตรเจนบริสุทธิ์ (ธาตุ) ไม่มีบทบาททางชีวภาพในตัวเอง บทบาททางชีวภาพของไนโตรเจนเกิดจากสารประกอบ ดังนั้นในองค์ประกอบของกรดอะมิโนจึงก่อตัวเป็นเปปไทด์และ (องค์ประกอบที่สำคัญที่สุดของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด); เป็นส่วนหนึ่งของนิวคลีโอไทด์ มันสร้าง DNA และ RNA (โดยที่ข้อมูลทั้งหมดถูกส่งภายในเซลล์และโดยการถ่ายทอดทางพันธุกรรม); เป็นส่วนหนึ่งของเฮโมโกลบิน มันเกี่ยวข้องกับการขนส่งออกซิเจนจากปอดไปยังอวัยวะและเนื้อเยื่อ

ฮอร์โมนบางชนิดยังเป็นอนุพันธ์ของกรดอะมิโนอีกด้วย ดังนั้นจึงมีไนโตรเจนอยู่ด้วย (เช่น อินซูลิน กลูคากอน ไทรอกซิน อะดรีนาลีน เป็นต้น) ผู้ไกล่เกลี่ยบางคนด้วยความช่วยเหลือของเซลล์ประสาท "สื่อสาร" ยังมีอะตอมไนโตรเจน (acetylcholine)

สารประกอบเช่นไนตริกออกไซด์ (II) และแหล่งที่มาของมัน (เช่น ไนโตรกลีเซอรีน - ยาลดความดัน) ทำหน้าที่ในกล้ามเนื้อเรียบของหลอดเลือดทำให้มั่นใจว่าการผ่อนคลายและการขยายตัวของหลอดเลือดโดยทั่วไป (ทำให้ความดันลดลง)

แหล่งอาหารของไนโตรเจน

แม้จะมีไนโตรเจนสำหรับสิ่งมีชีวิต (เกือบ 80% ของชั้นบรรยากาศของโลกของเรา) ร่างกายมนุษย์ไม่สามารถดูดซับไนโตรเจนในรูปแบบ (องค์ประกอบ) นี้ได้ ไนโตรเจนเข้าสู่ร่างกายมนุษย์เป็นส่วนใหญ่ในองค์ประกอบของโปรตีน เปปไทด์ และกรดอะมิโน (พืชและสัตว์) เช่นเดียวกับในองค์ประกอบของสารประกอบที่มีไนโตรเจน เช่น นิวคลีโอไทด์ พิวรีน เป็นต้น

การขาดไนโตรเจน

เป็นปรากฏการณ์ที่ไม่พบการขาดไนโตรเจน เนื่องจากร่างกายไม่ต้องการมันในรูปแบบพื้นฐานความบกพร่องจึงไม่เกิดขึ้น ซึ่งแตกต่างจากไนโตรเจนเอง การขาดสารที่ประกอบด้วย (โดยพื้นฐานคือโปรตีน) เป็นปรากฏการณ์ที่ค่อนข้างบ่อย

สาเหตุของการขาดไนโตรเจน

• อาหารที่ไม่มีเหตุผลที่มีโปรตีนไม่เพียงพอหรือโปรตีนมีข้อบกพร่องในองค์ประกอบของกรดอะมิโน (ความอดอยากโปรตีน);
• การละเมิดการย่อยโปรตีนในทางเดินอาหาร
• การละเมิดการดูดซึมกรดอะมิโนในลำไส้
• เสื่อมและโรคตับแข็งของตับ;
• ความผิดปกติของการเผาผลาญทางพันธุกรรม
• การสลายตัวที่เพิ่มขึ้นของโปรตีนเนื้อเยื่อ
• การละเมิดกฎระเบียบของการเผาผลาญไนโตรเจน

ผลที่ตามมาของการขาดไนโตรเจน

• ความผิดปกติมากมายที่สะท้อนถึงความผิดปกติในการเผาผลาญโปรตีน กรดอะมิโน สารประกอบที่มีไนโตรเจน และองค์ประกอบทางชีวภาพที่เกี่ยวข้องกับไนโตรเจน (การเสื่อม บวมน้ำ ภูมิคุ้มกันบกพร่องต่างๆ ความไม่แยแส ความไม่เคลื่อนไหวทางร่างกาย ความบกพร่องทางจิตใจและทางร่างกาย ฯลฯ)

ไนโตรเจนส่วนเกิน

เช่นเดียวกับการขาดธาตุไนโตรเจนส่วนเกินในฐานะปรากฏการณ์ที่ไม่มีใครสังเกตเห็น - เราสามารถพูดถึงสารที่มีอยู่มากเกินไปเท่านั้น สิ่งที่อันตรายที่สุดคือเมื่อไนโตรเจนเข้าสู่ร่างกายมนุษย์ในปริมาณมากโดยเป็นส่วนหนึ่งของสารพิษ เช่น ไนเตรตและไนไตรต์

สาเหตุของไนโตรเจนส่วนเกิน

• อาหารที่ไม่สมดุลสำหรับโปรตีนและกรดอะมิโน (ในทิศทางของการเพิ่มขึ้นหลัง);
• การบริโภคไนโตรเจนที่มีส่วนประกอบที่เป็นพิษของผลิตภัณฑ์อาหาร (ส่วนใหญ่เป็นไนเตรตและไนไตรต์);
• การบริโภคไนโตรเจนที่มีสารพิษจากแหล่งกำเนิดต่างๆ (ออกไซด์ แอมโมเนีย กรดไนตริก ไซยาไนด์ เป็นต้น)

ผลที่ตามมาของไนโตรเจนส่วนเกิน

• เพิ่มภาระในไตและตับ;
• ความเกลียดชังต่ออาหารโปรตีน
• อาการทางคลินิกของการเป็นพิษจากสารที่มีไนโตรเจนเป็นพิษ

วัสดุที่จัดทำโดย: Alexey Stepanov นักนิเวศวิทยา

ก่อนจะย้ายไปใช้ปุ๋ยไนโตรเจนโดยตรง ต้องเข้าใจก่อนว่า แหล่งไนโตรเจนที่สำคัญที่สุดในธาตุอาหารพืช อย่างแรกเลยคือดินนั่นเอง. การจัดหาพืชที่มีไนโตรเจนในดินภายใต้เงื่อนไขเฉพาะของเขตภูมิอากาศของดินต่างๆนั้นไม่เหมือนกัน ในเรื่องนี้มีแนวโน้มที่จะเพิ่มทรัพยากรไนโตรเจนในดินในทิศทางจากดินที่ยากจนกว่าของเขตพอซโซลิกไปจนถึงเชอร์โนเซมที่มีความหนาและค่อนข้างหนาของไนโตรเจน ดินทรายและทรายอ่อนมีไนโตรเจนต่ำมาก

ปริมาณไนโตรเจนสำรองหลักในดินมีความเข้มข้นในฮิวมัสซึ่งมีไนโตรเจนประมาณ 5% ดังนั้นยิ่งเนื้อหาของฮิวมัสในดินสูงขึ้นและชั้นของดินที่ชุบด้วยนั้นมีพลังมากเท่าไร ปริมาณไนโตรเจนในพืชก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น ฮิวมัสเป็นสารที่เสถียรมาก และการสลายตัวของจุลินทรีย์ด้วยการปล่อยเกลือแร่จะดำเนินการช้ามาก ดังนั้นมีเพียงประมาณ 1% ของไนโตรเจนในดินของเนื้อหาทั้งหมดที่แสดงโดยสารประกอบแร่ที่ละลายน้ำได้สำหรับพืช

ไนโตรเจนอินทรีย์ในดินมีให้สำหรับพืชหลังจากทำให้เป็นแร่แล้วเท่านั้น- กระบวนการดำเนินการโดยจุลินทรีย์ในดินโดยใช้อินทรียวัตถุในดินเป็นแหล่งพลังงาน ความเข้มข้นของการทำให้เป็นแร่ของไนโตรเจนอินทรีย์ยังขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของดิน สภาวะความชื้น อุณหภูมิ การเติมอากาศ ฯลฯ

นอกจากนี้ ไนโตรเจนสามารถมาจากชั้นบรรยากาศด้วยการตกตะกอนและจากอากาศโดยตรง ด้วยความช่วยเหลือของสิ่งที่เรียกว่าตัวตรึงไนโตรเจน: แบคทีเรีย เชื้อรา และสาหร่ายบางชนิด แต่ไนโตรเจนนี้ค่อนข้างหายาก และสามารถมีบทบาทในด้านโภชนาการไนโตรเจนอันเนื่องมาจากการสะสมเป็นเวลาหลายปีในดินแดนที่ไม่เหมาะแก่การเพาะปลูกและบริสุทธิ์

ไนโตรเจนในชีวิตพืช

สารอินทรีย์ของพืชบางชนิดไม่มีไนโตรเจน ตัวอย่างเช่นในสารประกอบที่พบบ่อยที่สุด - ไฟเบอร์ไม่มีน้ำตาลแป้งน้ำมันที่พืชสังเคราะห์ แต่ในองค์ประกอบของกรดอะมิโนและโปรตีนที่เกิดจากพวกมัน จำเป็นต้องมีไนโตรเจน มันยังรวมอยู่ในกรดนิวคลีอิก ซึ่งเป็นสารสำคัญอันดับสองของเซลล์ที่มีชีวิต ซึ่งมีความสำคัญเป็นพิเศษสำหรับการสร้างโปรตีนและมีลักษณะทางพันธุกรรมของร่างกาย ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีชีวิต - เอ็นไซม์ - ก็เป็นโปรตีนเช่นกัน ไนโตรเจนมีอยู่ในคลอโรฟิลล์ โดยที่พืชไม่สามารถดูดซับพลังงานแสงอาทิตย์ได้ ไนโตรเจนรวมอยู่ใน lipoids, alkaloids และสารประกอบอินทรีย์อื่น ๆ อีกมากมายที่เกิดขึ้นในพืช

ในส่วนของอวัยวะพืช ใบอ่อนมีไนโตรเจนมากที่สุด แต่เมื่ออายุมากขึ้น ไนโตรเจนจะเคลื่อนไปยังใบและยอดที่งอกใหม่ ในอนาคตหลังจากการผสมเกสรของดอกไม้และชุดผลไม้มีการเคลื่อนไหวของสารประกอบไนโตรเจนไปยังอวัยวะสืบพันธุ์ที่เด่นชัดมากขึ้นซึ่งพวกมันสะสมในรูปของโปรตีน เมื่อถึงเวลาที่เมล็ดสุก อวัยวะในพืชจะสูญเสียไนโตรเจนอย่างมีนัยสำคัญ

แต่ถ้าพืชได้รับสารอาหารไนโตรเจนมากเกินไปก็จะสะสมมากในทุกอวัยวะ ในขณะเดียวกันก็สังเกตเห็นการพัฒนาอย่างรวดเร็วของมวลพืชซึ่งทำให้การสุกล่าช้าและสามารถลดส่วนแบ่งของผลิตภัณฑ์ที่ต้องการในผลผลิตรวมของพืชที่ปลูก

สารอาหารไนโตรเจนปกติไม่เพียงเพิ่มผลผลิต แต่ยังปรับปรุงคุณภาพ สิ่งนี้แสดงให้เห็นในการเพิ่มเปอร์เซ็นต์ของโปรตีนและเนื้อหาของโปรตีนที่มีคุณค่ามากขึ้น

โดยปกติพืชที่ให้ไนโตรเจนจะเติบโตอย่างรวดเร็ว ใบของพวกมันโดดเด่นด้วยสีเขียวเข้มและขนาดใหญ่ ในทางตรงกันข้าม การขาดไนโตรเจนทำให้การเจริญเติบโตของอวัยวะทั้งหมดของพืชช้าลง ใบมีสีเขียวอ่อน (มีคลอโรฟิลล์เล็กน้อยซึ่งไม่ได้เกิดขึ้นเนื่องจากปริมาณไนโตรเจนในพืชไม่เพียงพอ) และมักมีขนาดเล็ก . ผลผลิตลดลงปริมาณโปรตีนในเมล็ดลดลง ดังนั้นด้วยการขาดไนโตรเจนอินทรีย์ในดิน ความจำเป็นเพื่อให้แน่ใจว่าธาตุอาหารไนโตรเจนของพืชโดยใช้ปุ๋ยเป็นงานที่สำคัญมากสำหรับการเกษตร

การใส่ปุ๋ยไนโตรเจนและอัตราการใช้

ด้วยการใส่ปุ๋ยไนโตรเจนทำให้ผลผลิตของพืชเกือบทั้งหมดเพิ่มขึ้นปุ๋ยไนโตรเจนในการเกษตรและพืชสวนใช้ทุกที่: สำหรับพืชผักสำหรับพืชผลไม้และผลเบอร์รี่, ไม้ผล, พุ่มไม้, องุ่น, สตรอเบอร์รี่, ไม้ประดับ, ดอกไม้ (, ดอกโบตั๋น, ดอกทิวลิป, ฯลฯ ) พวกเขายังใช้สำหรับ ต้นกล้าและสนามหญ้า

อัตราการสมัคร

• สำหรับสวนผลไม้และสวนผลไม้ ปริมาณเฉลี่ยสำหรับการใช้หลักสำหรับมันฝรั่ง ผัก ผลไม้และผลเบอร์รี่ และพืชดอกไม้ควรพิจารณา 0.6-0.9 กิโลกรัมของไนโตรเจนต่อ 100 ตร.ม.
• เมื่อใส่น้ำสลัดมันฝรั่ง ผัก และดอกไม้ - ไนโตรเจน 0.15-0.2 กิโลกรัมต่อ 100 ตารางเมตรสำหรับพืชผลและผลเบอร์รี่ - 0.2 - 0.3 กิโลกรัมไนโตรเจนต่อ 100 ตารางเมตร
• ในการเตรียมสารละลาย ให้ใช้ไนโตรเจน 15-30 กรัมต่อน้ำ 10 ลิตร เมื่อกระจายสารละลายไป 10²
• สำหรับการตกแต่งทางใบ จะใช้สารละลาย 0.25-5% (25-50 กรัมต่อน้ำ 10 ลิตร) เมื่อกระจายไปทั่ว 100-200 ตร.ม.

ค่าทั้งหมดจะได้รับโดยไม่คำนึงถึงเปอร์เซ็นต์ของไนโตรเจนในปุ๋ยแต่ละชนิด การแปลงเป็นปุ๋ยจะต้องหารด้วยเปอร์เซ็นต์ของไนโตรเจนในปุ๋ยและคูณด้วย 100

ปุ๋ยไนโตรเจนประกอบด้วยแร่ธาตุและปุ๋ยอินทรีย์ อันดับแรกให้พิจารณาปุ๋ยไนโตรเจนจากแร่

ประเภทของปุ๋ยไนโตรเจนแร่

การผลิตปุ๋ยไนโตรเจนทั้งหมดสามารถรวมกันเป็น 3 กลุ่ม:

1. ปุ๋ยแอมโมเนีย (เช่น แอมโมเนียมซัลเฟต แอมโมเนียมคลอไรด์);
2. ปุ๋ยไนเตรต (เช่นแคลเซียมหรือโซเดียมไนเตรต);
3. ปุ๋ยเอไมด์ (เช่น ยูเรีย)

นอกจากนี้ยังผลิตปุ๋ยที่มีไนโตรเจนในรูปแอมโมเนียและไนเตรตพร้อมกัน (เช่น แอมโมเนียมไนเตรต)

ช่วงหลักของการผลิตปุ๋ยไนโตรเจน:

ประเภทของปุ๋ยไนโตรเจน	ปริมาณไนโตรเจน
แอมโมเนีย
แอมโมเนียปราศจากน้ำ	82,3%
น้ำแอมโมเนีย	20,5%
แอมโมเนียมซัลเฟต	20,5-21,0%
แอมโมเนียมคลอไรด์	24-25%
ไนเตรต
โซเดียมไนเตรต	16,4%
แคลเซียมไนเตรต	13,5-15,5%
แอมโมเนียมไนเตรต
แอมโมเนียมไนเตรต	34-35%
มะนาวแอมโมเนียมไนเตรต	20,5%
แอมโมเนียขึ้นอยู่กับแอมโมเนียมไนเตรต	34,4-41,0%
แอมโมเนียขึ้นอยู่กับแคลเซียมไนเตรต	30,5-31,6%
แอมโมเนียมซัลโฟไนเตรท	25,5-26,5%
เอไมด์
แคลเซียมไซยานาไมด์	18-21%
ยูเรีย	42,0-46,2%
ยูเรีย-ฟอร์มาลดีไฮด์และเมทิลีน-ยูเรีย (ออกฤทธิ์ช้า)	38-42%
แอมโมเนียจากยูเรีย	37-40%

ปุ๋ยไนโตรเจน-ฟอสฟอรัส-โพแทสเซียม

การใช้ปุ๋ยไนโตรเจนมักจะจำเป็นร่วมกับฟอสฟอรัสและปุ๋ย ตัวอย่างเช่นมีส่วนผสมของแอมโมเนียมไนเตรต superphosphate และแป้งกระดูกหรือโดโลไมต์ อย่างไรก็ตาม ในระยะต่าง ๆ ของการพัฒนาพืช มันต้องการอัตราส่วนปุ๋ยที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น ในช่วงออกดอกไนโตรเจนส่วนเกินสามารถทำให้ผลผลิตสุดท้ายแย่ลงได้โดยธรรมชาติแล้ว พืชต้องการสารอาหารที่สำคัญที่สุดสามชนิดนี้ แต่มีมาโครและธาตุอาหารรองอื่นๆ ที่จำเป็นสำหรับการพัฒนาพืชอย่างเหมาะสมที่สุด ดังนั้นปุ๋ยไนโตรเจน-ฟอสฟอรัส-โพแทสเซียมจึงไม่ใช่ยาครอบจักรวาล

ด้านล่างนี้คือการจำแนกประเภทของปุ๋ยไนโตรเจนแร่:

ปุ๋ยแอมโมเนียและแอมโมเนียมไนเตรต

แอมโมเนียมไนเตรต

(NH4NO3) ปุ๋ยประสิทธิภาพสูง ประกอบด้วยไนโตรเจน 34-35% สามารถใช้ได้ทั้งสำหรับการแนะนำหลักและสำหรับน้ำสลัดด้านบน แอมโมเนียมไนเตรตเป็นปุ๋ยที่ปราศจากบัลลาสต์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งมีประสิทธิภาพในบริเวณที่มีความชื้นต่ำ เมื่อมีสารละลายในดินที่มีความเข้มข้นสูง ในพื้นที่ที่มีน้ำขัง แอมโมเนียมไนเตรตมีประสิทธิภาพน้อยกว่า สามารถล้างลงในน้ำใต้ดินด้วยการตกตะกอน บนดินทรายที่มีแสงน้อย ไม่ควรใส่ปุ๋ยในฤดูใบไม้ร่วง

แอมโมเนียมไนเตรตที่เป็นผลึกละเอียดจะเค้กได้อย่างรวดเร็ว ดังนั้นจึงต้องเก็บไว้ในที่ร่ม ไม่สามารถเข้าถึงความชื้น และในภาชนะที่กันน้ำได้ มีความจำเป็นต้องบดก่อนที่จะนำไปใช้กับดินเพื่อไม่ให้เกิดการสะสมของปุ๋ยที่เพิ่มขึ้น

เมื่อผสมกับจำเป็นต้องเติมสารทำให้เป็นกลางประมาณ 15% ลงในส่วนผสม สารดังกล่าวอาจเป็นชอล์ก ปูนขาว โดโลไมต์ เมื่อเตรียมส่วนผสม จำเป็นต้องเติมสารทำให้เป็นกลางลงในซูเปอร์ฟอสเฟตก่อน

แอมโมเนียมไนเตรตเนื่องจากการกระทำของมันทำให้ความเป็นกรดของดินเพิ่มขึ้นผลกระทบเมื่อเริ่มใช้อาจไม่สังเกตเห็นได้ชัด แต่ในระยะยาวความเป็นกรดจะเพิ่มขึ้น ดังนั้น เราแนะนำให้เติมสารทำให้เป็นกลางลงในแอมโมเนียมไนเตรตต่อ 1 กิโลกรัมของสารทำให้เป็นกลางประมาณ 0.7 กิโลกรัม เช่น ชอล์ก ปูนขาว โดโลไมต์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในดินทรายที่มีแสงน้อย เนื่องจากมีแมกนีเซียม

ในขณะนี้ไม่พบแอมโมเนียมไนเตรตบริสุทธิ์ในการขายปลีก แต่มีส่วนผสมสำเร็จรูป จากข้อมูลข้างต้น ส่วนผสมของแอมโมเนียมไนเตรต 60% และสารทำให้เป็นกลาง 40% เป็นตัวเลือกที่ดี ในส่วนผสมดังกล่าวจะได้ไนโตรเจน 20%

แอมโมเนียมซัลเฟต

แอมโมเนียมซัลเฟต (NH4)2SO4 ประกอบด้วยไนโตรเจนประมาณ 20.5%

แอมโมเนียมซัลเฟตไนโตรเจนสามารถใช้ได้กับพืชและยึดติดกับดินได้ดี เนื่องจากมีไนโตรเจนในรูปของไอออนบวก ซึ่งจะเคลื่อนที่ได้น้อยกว่าในสารละลายในดิน ดังนั้นปุ๋ยนี้ยังสามารถนำไปใช้ในฤดูใบไม้ร่วงโดยไม่ต้องกลัวว่าไนโตรเจนจะสูญเสียไปมากเนื่องจากการชะลงไปในขอบฟ้าด้านล่างหรือน้ำใต้ดิน เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานหลัก แต่ยังเหมาะสำหรับการแต่งตัวด้านบน

มันมีผลทำให้เป็นกรด ดังนั้นในกรณีของแอมโมเนียมไนเตรต จำเป็นต้องเติมสารทำให้เป็นกลาง 1.15 กก. ต่อ 1 กก.: ชอล์ก ปูนขาว โดโลไมต์บนดินปนทราย

แอมโมเนียมไนเตรตจะชุบน้ำเล็กน้อยเมื่อเทียบกับแอมโมเนียมไนเตรต และใช้เงื่อนไขในการเก็บรักษาน้อยกว่า อย่างไรก็ตาม ไม่ควรผสมกับปุ๋ยที่เป็นด่าง เช่น เถ้าลอย ตะกรันของเสีย ปูนขาว เพราะจะทำให้สูญเสียไนโตรเจนได้

จากการศึกษาทางวิทยาศาสตร์ แอมโมเนียมซัลเฟตให้ผลลัพธ์ที่ยอดเยี่ยมเมื่อใช้กับมันฝรั่ง

แอมโมเนียมซัลโฟไนเตรท

แอมโมเนียมซัลโฟไนเตรตเป็นปุ๋ยแอมโมเนียมไนเตรตที่มีไนโตรเจน 26% แอมโมเนีย 18% และไนเตรต 8% โลหะผสมของแอมโมเนียมไนเตรตและแอมโมเนียมซัลเฟต ความเป็นกรดที่มีศักยภาพสูง สำหรับดินพอซโซลิก ต้องใช้มาตรการป้องกันเช่นเดียวกับในกรณีของแอมโมเนียมไนเตรต

แอมโมเนียมคลอไรด์

แอมโมเนียมคลอไรด์ (NH4Cl) - ผงสีขาวหรือสีเหลือง ผลึกละเอียด มีไนโตรเจนประมาณ 25% แอมโมเนียมคลอไรด์มีคุณสมบัติทางกายภาพที่ดี: แทบไม่เค้ก กระจายตัวได้ดี และแก้ไขในดิน แอมโมเนียมคลอไรด์ไนโตรเจนมีให้สำหรับพืช

อย่างไรก็ตาม ปุ๋ยนี้มีข้อเสียอย่างหนึ่งที่สำคัญ: สำหรับไนโตรเจน 100 กก. คลอรีนประมาณ 250 กก. จะเข้าสู่ดินซึ่งเป็นอันตรายต่อพืช ดังนั้นปุ๋ยนี้สามารถใช้ได้เฉพาะในทางหลักและในฤดูใบไม้ร่วงเท่านั้น เพื่อให้คลอรีนที่เป็นอันตรายไหลลงสู่ขอบฟ้าที่อยู่เบื้องล่าง อย่างไรก็ตาม ด้วยวิธีนี้ การสูญเสียไนโตรเจนจะหลีกเลี่ยงไม่ได้ในทุกกรณี แนะนำให้ใช้แอมโมเนียมคลอไรด์กับดินที่อุดมไปด้วยเบส

ปุ๋ยไนเตรต

โซเดียมไนเตรต

โซเดียมไนเตรต (NaNO3) เป็นปุ๋ยที่มีประสิทธิภาพสูง เป็นผลึกใส มีปริมาณไนโตรเจนประมาณ 16% โซเดียมไนเตรทถูกพืชดูดซึมได้ดีมาก ซึ่งเป็นปุ๋ยที่เป็นด่าง ซึ่งให้ประโยชน์เหนือปุ๋ยประเภทแอมโมเนียเมื่อใช้กับดินที่เป็นกรด คุณไม่สามารถทำโซเดียมไนเตรตในฤดูใบไม้ร่วงเพราะจะมีการชะล้างไนโตรเจนจากปุ๋ยลงสู่น้ำบาดาลอย่างมีนัยสำคัญ โซเดียมไนเตรตเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการตกแต่งด้านบนและใช้เมื่อหว่านเมล็ด การศึกษาทางวิทยาศาสตร์แสดงให้เห็นว่าโซเดียมไนเตรตให้ผลลัพธ์ที่ยอดเยี่ยมเมื่อใช้กับหัวบีท

แคลเซียมไนเตรต

แคลเซียมไนเตรต (Ca(NO3)2) - มีไนโตรเจนค่อนข้างน้อย ประมาณ 15% เหมาะสำหรับดินในเขตที่ไม่ใช่เชอร์โนเซมเนื่องจากเป็นด่างด้วยการใช้แคลเซียมไนเตรตอย่างเป็นระบบ คุณสมบัติของดินพอซโซลิกที่เป็นกรดจะดีขึ้น ปุ๋ยต้องการการเก็บรักษาทำให้ชื้นและเค้กได้อย่างรวดเร็วจำเป็นต้องบดให้ละเอียดก่อนใช้งาน

ปุ๋ยเอไมด์

ยูเรีย

(CO(NH2)2) เป็นปุ๋ยที่ไม่อับเฉาที่มีประสิทธิภาพสูงที่มีไนโตรเจน 46% คุณสามารถเจอชื่อเช่นยูเรีย - นี่คือชื่อที่สองของยูเรีย ยูเรียสลายตัวในดินทีละน้อย แต่ค่อนข้างเคลื่อนที่และไม่แนะนำให้ปิดในฤดูใบไม้ร่วง ความเป็นกรดที่อาจเกิดขึ้นใกล้เคียงกับแอมโมเนียมไนเตรต ดังนั้นเมื่อนำไปใช้กับดินที่เป็นกรด ต้องใช้สารทำให้เป็นกลาง ยูเรียสลายตัวในดินภายใต้การกระทำของเอ็นไซม์ urease ซึ่งพบได้ในปริมาณที่เพียงพอในดินเกือบทั้งหมด อย่างไรก็ตาม หากคุณใช้ปุ๋ยแร่ธาตุร่วมกับปุ๋ยอินทรีย์ ปัญหานี้จะไม่เกิดขึ้น

ยูเรียเป็นปุ๋ยทางใบที่ดีเยี่ยมเมื่อเปรียบเทียบกับแอมโมเนียมไนเตรตแล้ว จะไม่ไหม้ใบและให้ผลลัพธ์ที่ยอดเยี่ยม สำหรับการใช้งานหลักในฤดูใบไม้ผลิและการตกแต่งด้านบน ยูเรียก็สมบูรณ์แบบเช่นกัน แต่ราคาของยูเรียไนโตรเจน 1 กิโลกรัมจะมากกว่า 1 กิโลกรัมของแอมโมเนียมไนเตรตไนโตรเจน

ในการผลิตเม็ดคาร์บาไมด์สารที่เป็นอันตรายต่อพืชจะปรากฏขึ้น - ไบยูเรต เนื้อหาไม่ควรเกิน 3%

ปุ๋ยไนโตรเจนเหลว

ข้อดีของปุ๋ยน้ำคือ:

• ลดต้นทุนต่อหน่วยไนโตรเจน
• พืชสามารถย่อยได้ดีกว่า
• ระยะเวลานานขึ้น;
• ความเป็นไปได้ของการกระจายที่สม่ำเสมอ

ข้อเสียของปุ๋ยน้ำ:

• ความยากในการจัดเก็บ (ไม่ควรเก็บไว้ที่บ้าน) และการขนส่ง
• เมื่อกระทบใบจะทำให้เกิดแผลไหม้
• ความต้องการเครื่องมือพิเศษในการทำ

แอมโมเนียเหลว (NH3) เป็นก๊าซที่มีกลิ่นฉุนและมีไนโตรเจนประมาณ 82% ระเหยอย่างรวดเร็วเมื่อสัมผัสกับร่างกายอื่น ๆ ทำให้เย็นลง มีแรงดันไอน้ำสูง สำหรับการใช้งานที่ประสบความสำเร็จจำเป็นต้องฝังดินให้มีความลึกอย่างน้อย 8 ซม.เพื่อไม่ให้ปุ๋ยระเหย นอกจากนี้ยังมีน้ำแอมโมเนียซึ่งเป็นผลมาจากการละลายแอมโมเนียเหลวในน้ำ ประกอบด้วยไนโตรเจนประมาณ 20%

ปุ๋ยไนโตรเจนอินทรีย์

ไนโตรเจนในปริมาณเล็กน้อย (0.5-1%) มีอยู่ในมูลมูลสัตว์ทุกประเภท (1-2.5%) ซึ่งคิดเป็นเปอร์เซ็นต์มากที่สุดในมูลเป็ด ไก่ และนกพิราบ แต่ก็เป็นพิษมากที่สุดเช่นกัน

คุณยังสามารถทำปุ๋ยอินทรีย์ไนโตรเจนตามธรรมชาติด้วยมือของคุณเอง: กองปุ๋ยหมัก (โดยเฉพาะบน) ประกอบด้วยไนโตรเจนบางส่วน (มากถึง 1.5%) ปุ๋ยหมักของเสียในครัวเรือนยังมีไนโตรเจนสูงถึง 1.5% มวลสีเขียว (ลูปิน, โคลเวอร์หวาน, เถาวัลย์, โคลเวอร์) มีไนโตรเจนประมาณ 0.4-0.7%, ใบไม้สีเขียวประกอบด้วย 1-1.2%, ตะกอนในทะเลสาบ (1.7-2.5%)

แต่ การใช้ปุ๋ยอินทรีย์เป็นแหล่งเดียวของไนโตรเจนนั้นไม่มีเหตุผลเนื่องจากอาจทำให้คุณภาพของดินลดลง เช่น ทำให้เป็นกรด และจะไม่สร้างธาตุอาหารไนโตรเจนที่จำเป็นสำหรับพืช มีเหตุผลอย่างไรก็ตามคือการใช้ปุ๋ยไนโตรเจนแร่และสารอินทรีย์ที่ซับซ้อน

ไนโตรเจนในปุ๋ยอินทรีย์มีอยู่ในปริมาณเล็กน้อย ไนโตรเจน 0.5-1% มีปุ๋ยคอกทุกชนิด มูลนก ไนโตรเจน 1-2.5% เปอร์เซ็นต์ไนโตรเจนสูงสุดพบได้ในมูลเป็ด ไก่ และนกพิราบ แต่ก็เป็นพิษมากที่สุดเช่นกัน ปริมาณไนโตรเจนสูงสุดมีมูลไส้เดือนมากถึง 3%

คุณยังสามารถทำปุ๋ยไนโตรเจนอินทรีย์ตามธรรมชาติด้วยมือของคุณเอง: กองปุ๋ยหมัก (โดยเฉพาะบนพื้นฐานพีท) มีไนโตรเจนในปริมาณหนึ่ง (มากถึง 1.5%) ปุ๋ยหมักจากขยะในครัวเรือนยังมีไนโตรเจนสูงถึง 1.5% มวลสีเขียว (ลูปิน, โคลเวอร์หวาน, เถาวัลย์, โคลเวอร์) มีไนโตรเจนประมาณ 0.4-0.7%, ใบไม้สีเขียวประกอบด้วย 1-1.2%, ตะกอนในทะเลสาบ (1.7-2.5%)

สำหรับ "การปรับปรุง" ของปุ๋ยหมัก ขอแนะนำให้ใช้พืชหลายชนิดที่มีสารที่ยับยั้งการพัฒนากระบวนการเน่าเสีย เหล่านี้รวมถึงมัสตาร์ดใบ, มิ้นต์หลากหลายชนิด, ตำแย, คอมฟรีย์ (อุดมไปด้วยโพแทสเซียมที่ละลายน้ำได้), มะรุม

ปุ๋ยอินทรีย์ที่มีปริมาณไนโตรเจนสูงสามารถทำจาก mullein ได้ เมื่อต้องการทำเช่นนี้ ให้ใส่ mullein ลงในถัง เติมหนึ่งในสามของถัง เติมน้ำ และปล่อยให้มันหมัก 1-2 สัปดาห์ จากนั้นเจือจางด้วยน้ำ 3-4 ครั้งแล้วรดน้ำต้นไม้ รดน้ำล่วงหน้า. คุณสามารถทำเช่นนี้ การแนะนำปุ๋ยใด ๆ ที่ทำให้ดินเป็นกรดดังนั้นจึงจำเป็นต้องทำขี้เถ้าแป้งโดโลไมต์มะนาว

แต่ไม่แนะนำให้ใส่ปุ๋ยไนโตรเจนด้วยขี้เถ้าในเวลาเดียวกัน เนื่องจากการผสมผสานนี้ทำให้ไนโตรเจนกลายเป็นแอมโมเนียและระเหยอย่างรวดเร็ว

ไนโตรเจนอินทรีย์สำหรับธาตุอาหารพืชคืออะไร?

ปุ๋ยไนโตรเจนธรรมชาติและปริมาณไนโตรเจน

• ปุ๋ยคอก - มากถึง 1% (ม้า - 0.3-0.8%, หมู - 0.3-1.0%, mullein - 0.1-0.7%)
• biohumus aka vermicompost - มากถึง 3%
• ฮิวมัส - มากถึง 1%;
• มูล (นก, นกพิราบ, เป็ด) - มากถึง 2.5%;
• ปุ๋ยหมักที่มีพีท - มากถึง 1.5%;
• ขยะในครัวเรือน - มากถึง 1.5%;
• ใบไม้สีเขียว - มากถึง 1.2%;
• มวลสีเขียว - มากถึง 0.7%;
• ตะกอนในทะเลสาบ - มากถึง 2.5%

ปุ๋ยไนโตรเจนอินทรีย์ยับยั้งการสะสมของไนเตรตในดิน แต่ควรใช้ด้วยความระมัดระวัง การนำปุ๋ยคอก (ปุ๋ยหมัก) ลงในดินพร้อมกับการปล่อยไนโตรเจนสูงถึง 2 กรัมต่อกิโลกรัมภายใน 3-4 เดือน พืชดูดซึมได้ง่าย

สถิติเพิ่มเติมบางส่วนปุ๋ยกึ่งย่อยสลายหนึ่งตันประกอบด้วยแอมโมเนียมไนเตรต 15 กก. โพแทสเซียมคลอไรด์ 12.5 กก. และซูเปอร์ฟอสเฟตในปริมาณเท่ากัน

ทุกปีมากถึง 40 กรัม ไนโตรเจนที่ถูกผูกไว้ นอกจากนี้ จุลินทรีย์ในดินที่ประมวลผลไนโตรเจนในบรรยากาศยังสามารถทำให้ดินอุดมสมบูรณ์ด้วยไนโตรเจนในปริมาณ 50 ถึง 100 กรัมต่อร้อยตารางเมตร เฉพาะพืชตรึงไนโตรเจนแบบพิเศษเท่านั้นที่สามารถให้ไนโตรเจนในดินได้มากขึ้น

แหล่งธรรมชาติของไนโตรเจนอินทรีย์สามารถเป็นพืชตรึงไนโตรเจนที่ใช้เป็นพืชคลุมดิน พืชบางชนิด เช่น ถั่วและโคลเวอร์ ลูปิน อัลฟัลฟา และอื่นๆ อีกมากมาย เก็บไนโตรเจนไว้ในก้อนรากของพวกมัน ก้อนเหล่านี้จะปล่อยไนโตรเจนลงสู่ดินทีละน้อยตลอดอายุของพืช และเมื่อพืชตาย ไนโตรเจนที่เหลือจะเพิ่มความอุดมสมบูรณ์โดยรวมของดิน พืชดังกล่าวเรียกว่าปุ๋ยพืชสดและโดยทั่วไป

การทอถั่วหรือถั่วที่ปลูกบนไซต์ของคุณในหนึ่งปีสามารถสะสมไนโตรเจน 700 กรัมในดิน ทอผ้าโคลเวอร์ - 130 กรัม ลูปิน - 170 กรัมและหญ้าชนิต - 280 กรัม

การหว่านพืชเหล่านี้หลังการเก็บเกี่ยวและการกำจัดเศษซากพืชออกจากพื้นที่จะทำให้ดินมีไนโตรเจนมากขึ้น

เวย์นมเป็นแหล่งอินทรีย์ของไนโตรเจน ฟอสฟอรัส และโพแทสเซียม

ปุ๋ยไนโตรเจนที่มีอยู่มากที่สุดสำหรับพืชคือเวย์ เนื่องจากเนื้อหาของโปรตีนอยู่ในดินซึ่งในกระบวนการรดน้ำต้นไม้ด้วยการเติมเวย์เข้าสู่ดิน และภายใต้อิทธิพลของจุลินทรีย์ในดินนั้น ไนโตรเจนก็ถูกปลดปล่อยออกมา ซึ่งจะมีให้สำหรับพืช นั่นคือการปฏิสนธิไนโตรเจนของพืชในลักษณะนี้

ในการให้อาหารดังกล่าวจำเป็นต้องเจือจางเวย์ 1 ลิตรในน้ำ 10 ลิตร และรดน้ำต้นไม้ในอัตรา 1 ลิตร เซรั่มเจือจาง 10 ครั้งต่อต้น

หากคุณเพิ่มแอมโมเนียร้านขายยา 40 มล. ลงในซีรั่ม 1 ลิตรเป็นครั้งแรก แอมโมเนียนั้นทำปฏิกิริยากับกรดแลคติกซึ่งส่งผลให้แอมโมเนียมแลคเตท

การใช้สารละลายที่คล้ายคลึงกันเป็นประจำจะทำให้เราไม่สามารถส่งผลต่อความเป็นกรดของดินได้ซึ่งเป็นสิ่งที่ดีมาก เนื่องจากถ้าเราไม่เติมแอมโมเนียลงในเวย์ จากนั้นด้วยการใช้เวย์บ่อยครั้งในการให้อาหารรากพืช ความเป็นกรดของดินจะเพิ่มขึ้นอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้

นอกจากนี้ เวย์ยังมีแร่ธาตุอยู่เป็นจำนวนมาก เวย์แต่ละ 100 กรัมประกอบด้วย:

• ฟอสฟอรัส 78 มิลลิกรัม
• โพแทสเซียม 143 มิลลิกรัม
• แคลเซียม 103 มิลลิกรัม

นอกจากนี้ยังมีแมกนีเซียมและโซเดียมในปริมาณเล็กน้อย

comfrey officinalis

ปุ๋ยไนโตรเจนธรรมชาติที่ได้จากกระบวนการทางอุตสาหกรรม

เลือดป่นเป็นผลิตภัณฑ์ออร์แกนิกที่ทำจากเลือดแห้งและมีไนโตรเจนทั้งหมด 13 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งเป็นเปอร์เซ็นต์ที่สูงมากของไนโตรเจนในปุ๋ย คุณสามารถใช้เลือดป่นเป็นปุ๋ยไนโตรเจนโดยโรยลงบนดินแล้วราดน้ำด้านบนเพื่อช่วยดูดซับกากเลือด คุณยังสามารถผสมเลือดป่นโดยตรงกับน้ำและใช้เป็นปุ๋ยน้ำได้

เลือดป่นเป็นแหล่งไนโตรเจนที่ดีโดยเฉพาะสำหรับคนรักดินที่อุดมสมบูรณ์ เช่น ผักกาดหอมและข้าวโพด เพราะมันออกฤทธิ์เร็ว
เลือดป่นสามารถใช้เป็นส่วนประกอบของปุ๋ยหมักหรือเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับการสลายตัวของสารอินทรีย์อื่น ๆ เนื่องจากจะเร่งกระบวนการย่อยสลาย

แป้งถั่วเหลืองเป็นแหล่งธาตุอาหารไนโตรเจนสำหรับจุลินทรีย์ในดิน เมื่อแป้งถั่วเหลืองถูกย่อยสลายโดยจุลินทรีย์ในดิน พืชจะมีไนโตรเจนที่เป็นแร่ธาตุได้ นอกจากนี้ยังสามารถใช้เป็นส่วนผสมของปุ๋ยหมักร่วมกับปลาป่น ซึ่งหลังจากการทำให้เป็นแร่จะกลายเป็นแหล่งไนโตรเจนไม่เพียง แต่ยังเป็นธาตุอีกจำนวนหนึ่งด้วย

วิดีโอปุ๋ยไนโตรเจน: