固氮作用
外观
固氮作用(氮的固定/Nitrogen fixation、簡稱固氮),是指将空氣中遊離態的氮(氮气)轉化為含氮化合物(如硝酸盐、氨、二氧化氮)的过程。可分为自然固氮以及人工固氮两种。
自然固氮
生物固氮
微生物自生或与植物共生,通过体内固氮酶的作用,将大气中的氮还原成氨的过程。
自生固氮的细菌有固氮菌、巴氏梭菌、克氏杆菌、光合细菌等。与豆科植物共生固氮的有根瘤菌。非豆科植物共生固氮的有放线菌。蓝藻如念珠藻、项圈藻等能自身固氮,也能与其他植物如满地红共生固氮。此外茜草科、紫金牛科和薯蓣科中某些植物叶片上有固氮微生物共生的叶瘤。
固氮機制
固氮对于植物和土壤的氮肥供应有重要作用。其機制即菌體通過固氮酶將大气中遊離態的氮(氮气)轉化為含氮化合物、注入到土壤中,从而提高土壤的肥力,謂之生物固氮。或大氣中遊離態的氮通過閃電等產生含氮化合物的高能固氮,謂之氣電固氮。
人工固氮
人工固氮一般指通过化学方法,使氮气单质转化为含氮的化合物。目前工业上最常用的是哈伯法,也就是氮气与氢气在高温高压催化剂(铁)作用下发生化合生成氨,然后再经一系列的反应转化为其他有价值的化合物,如硝酸、氮肥、含氮炸药等等。
人工固氮的另一种则是仿生固氮。目前仿生固氮的研究正在进行之中,主要以双氮配合物为基础,用钼和钌等过渡金属的双氮配合物弱化氮氮间的三键,从而达到固氮的目的。第一个双氮配合物于1965年制得([Ru(NH3)5(N2)]2+)。[1]此类配合物中的双氮配体可以只和一个金属中心相连,也可以作两个(或多个)金属的桥连配体。2003年报道了首个在常温常压下将氮气还原为氨的例子(见下图),然而催化效果不理想,催化剂容易失去活性:[2][3]
参见
参考资料
- ^ Chem. Commun. 1965, pp. 621-622
- ^ Synthesis and Reactions of Molybdenum Triamidoamine Complexes Containing Hexaisopropylterphenyl Substituents Dmitry V. Yandulov, Richard R. Schrock, Arnold L. Rheingold, Christopher Ceccarelli, and William M. Davis Inorg. Chem.; 2003; 42(3) pp 796 - 813; (Article) doi:10.1021/ic020505l
- ^ Catalytic Reduction of Dinitrogen to Ammonia at a Single Molybdenum Center Dmitry V. Yandulov and Richard R. Schrock Science 4 July 2003: Vol. 301. no. 5629, pp. 76 - 78 doi:10.1126/science.1085326