Фиксация азота это

Содержание

1. Биохимия
2. Биологическая фиксация азота
3. Экологические аспекты азотфиксации
4. Промышленная азотфиксации
5. процесс Габера
6. История изучения
7. внешняя ссылка

Биохимия

Атомы в молекуле азота связаны прочной тройной ковалентной связью, из-за чего он практически не вступает в реакции окисления-восстановления в нормальных условиях без применения катализаторов и не может использоваться растениями и животными. Микроорганизмы для восстановления азота используют целую серию ферментов (ферредоксин, гидрогеназа), важнейшим из которых является нитрогеназа.

За её синтез ответственны так называемые nif-гены, широко распространенные у прокариот (в том числе архебактерий), но не встречающиеся у эукариот. Процесс азотфиксации достаточно энергоёмкий, для ассимиляции 1 молекулы азота требуется не менее 12 молекул АТФ, то есть для использования 1 мг азота анаэробным микроорганизмам требуется около 500 мг сахарозы.

https://www.youtube.com/watch?v=ytadvertiseru

Нитрогеназа блокируется молекулярным кислородом, поэтому азотфиксация в основном анаэробный процесс. Однако ряд аэробных бактерий выработал механизмы защиты нитрогеназы от блокирования:

• Механизм повышенного уровня дыхания. Azotobacter chroococcum при азотфиксации окисляет часть органического вещества, не запасая выделившейся энергии, а только лишь удаляя этим кислород.
• Механизм локализации азотфиксации в гетероцистах характерен для цианобактерий, способных к фотосинтезу с выделением кислорода и создающих для защиты от него нитрогеназы особые, лишенные хлорофиллаклетки. Некоторые цианобактерии, не образующие гетероцисты, также способны к азотфиксации. Нитчатая цианобактерия Plectonema boryanum фиксирует азот в микроаэробных условиях (1.5% содержания кислорода в темноте и 0.5% кислорода на свету), нитчатые цианобактерии Symploca и Lyngbya majuscula, а также одноклеточные цианобактерии родов Gloeothece и Cyanothece способны к азотфиксации при отсутствии освещения.
• Механизм симбиотической защиты характерен для клубеньковых бактерий.

Биологическая фиксация азота

Схематическое изображение

азотного цикла

. Абиотическая фиксация азота была опущена.

N 2 16ATP 8e- 8H -> 2NH3 Н2 16ADP 16P я

Процесс соединен с гидролизом 16 эквивалентов АТФ и сопровождается одновременным образованием одного эквивалента H 2 . Превращение N 2 в аммиак происходит на металлическом кластере под названием FeMoco , аббревиатура для железо-молибденового кофактора. Механизм протекает через серию протонирования и сокращение шагов в котором FeMoco активного сайта гидрирование в Н 2 подложки.

Предлагаем ознакомиться  Эльборовым инструментом

Нитрогеназа быстро деградируют под действием кислорода. По этой причине многие бактерии прекратить производство фермента в присутствии кислорода. Многие азотфиксирующие организмы существуют только в анаэробных условиях, дышащий обратить вниз уровни кислорода, или связывание кислорода с белком , таким , как легоглобин .

Диазотрофы распространены в области бактерий , включая цианобактерии (например, весьма значительное Trichodesmium и Cyanothece ), а также зеленые серные бактерий , Azotobacteraceae , ризобии и Франкию . Несколько облигатно анаэробные бактерии фиксируют азот , включая многие (но не все) Clostridium SPP.

Цианобактерии обитают почти все подсвеченные среды на Земле и играют ключевую роль в углеродном и азотном цикле в биосфере . В общем, цианобактерии могут использовать различные неорганические и органические источники азота в сочетании, такие как нитрат , нитрит , аммоний , мочевины , или некоторых аминокислоты .

Некоторые штаммы цианобактерий также способны diazotrophic роста, способность , которая , возможно, присутствовала в их последнем общем предке в архом эоне. Фиксация азота цианобактерий в коралловых рифов может исправить в два раза больше азота , как на суше, около 1,8 кг азота фиксируется в расчете на гектар в день (около 660 кг / га / год).

Экологические аспекты азотфиксации

Различают три типа азотфиксации:

• Свободноживущими бактериями самых разнообразных таксономических групп.
• Ассоциативная азотфиксация бактериями, находящимися в тесной связи с растениями (в прикорневой зоне или на поверхности листьев) и использующие их выделения (корневые выделения составляют до 30 % продукции фотосинтеза) как источник органического вещества. Азотфиксаторы живут в кишечнике многих животных (жвачные, грызуны, термиты) и человека (род Escherichia).
• Симбиотическая. Наиболее известен симбиоз клубеньковых бактерий (сем. Rhizobiaceae) с бобовыми растениями. Обычно происходит корневое заражение, но известны растения, образующие клубеньки на стеблях и листьях.

Созданы бактериальные удобрения (например, нитрагин) для инокуляции (заражения) штаммами клубеньковых бактерий семян бобовых культур, что увеличивает их урожайность. Также для стимулирования процессов азотфиксации полезно вносить в почву небольшие «стартовые» дозы азотных удобрений, в то время как большие их дозы подавляют процесс.

Промышленная азотфиксации

Возможность того, что атмосферный азот вступает в реакции с некоторыми химическими веществами впервые была обнаружена Desfosses в 1828. Он наблюдал , что смеси щелочных металлов оксидов углерода и реагируют при высоких температурах с азотом. С использованием карбоната бария в качестве исходного материала первый коммерчески используемый процесс стал доступен в 1860 – х годах , разработанных Margueritte и Sourdeval.

Предлагаем ознакомиться  Змеиная ягода

В результате цианид бария может быть подвергнуто взаимодействию с получением пара аммиака . В 1898 году Адольф Франк и Никодем Каро развязаны процесс и первый полученный карбид кальция и на последующей стадии подвергают взаимодействию его с азотом , к цианамида кальция . Процесс Оствальда для производства азотной кислоты был обнаружен в 1902.

процесс Габера

Оборудование для исследования фиксации азота

альфа – лучи

(Fixed азот научно – исследовательская лаборатория, 1926)

Искусственное производство удобрений в настоящее время является самым большим источником фиксированного азота человеческого производства в Земли «ы экосистемы . Аммиак является необходимым предшественником удобрений , взрывчатых веществ и других продуктов. Наиболее распространенным методом является процесс Габера .

Много исследований было проведено на открытии катализаторов для фиксации азота, часто с целью уменьшения энергии , необходимой для этого преобразования. Тем не менее, такие исследования до сих пор не удалось даже приблизиться к эффективности и легкости процесса Габера. Многие соединения реагируют с атмосферным азотом с получением диазота комплексов . Первый диазота комплекс , чтобы быть сообщено было Ru (NH 3 ) 5 (N 2 ) 2 .

Каталитические фиксации химического азота при условиях окружающей среды является постоянным научным делом. Ведомое на примере нитрогеназы, эта область гомогенного катализа продолжается, с особым акцентом на гидрирование с получением аммиака.

Металлический литий уже давно известно , для сжигания в атмосфере азота, с последующим превращением в нитрид лития . Гидролиз полученного нитрида дает аммиак. В связи с этим процессом, триметилсилил хлорид , лития и азота реагируют в присутствии катализатора с получением трис (триметилсилил) амин . Трис (триметилсилил) амин затем может быть использован для реакции с & alpha ;

Снижение синтетического азота

https://www.youtube.com/watch?v=ytpressru

Поиски четко определенный промежуточные привели к характеристике многих диазота комплексов переходных металлов . Лишь немногие из этих хорошо определенных комплексов функционировать каталитический, их поведение освещены возможные этапы фиксации азота. Плодотворные ранние исследования были сосредоточены на М (N 2 ) 2 ( DPPE ) 2 (М = Мо, W), который протонирует с получением промежуточных соединений с лигандом М = N-NH 2 .

Предлагаем ознакомиться  Как сделать игрушки на Новый год из шишек и других подручных материалов?

В 2003 г. был найден амидо комплекс молибдена , чтобы катализировать восстановление N 2 , хотя и с несколько оборотов. В этих системах, как биологический, водород поступают на подложку гетеролитический, с помощью протонов и сильного восстановителя , а не с Н 2 сами по себе.

В 2011 году , еще один молибден-система была обнаружена, но с дифосфора пинцета лиганда . Фотолитическое расщепление азота также считаются.

активация 2018 диазота Брауншвейга с переходными видами borylene

Фиксация азота при р-блочного элементе была опубликована в 2018 году в результате чего одна молекулы диазота связана два переходных Льюис базового -stabilized borylene видов. В результате дианион был впоследствии окисляется до нейтрального соединения, и восстанавливают с использованием воды.

История изучения

https://www.youtube.com/watch?v=ytaboutru

Первые диазотрофные бактерии были выделены С. Н. Виноградским в 1898 году и названы в честь Луи ПастераClostridium pasterianum. В 1901Бейеринк выделил первый аэробный азотфиксатор Azotobacter chroococcum. С. П. Костычев в 1926 на примере азотобактера и растений табака показал существование ассоциативной азотфиксации.

внешняя ссылка

Эта страница использует содержимое раздела Википедии на русском языке. Оригинальная статья находится по адресу: Азотфиксация. Список первоначальных авторов статьи можно посмотреть в истории правок. Эта статья так же, как и статья, размещённая в Википедии, доступна на условиях CC-BY-SA .