Wat is vaste stikstof of stikstofbinding?

Levende organismen hebben stikstof nodig om nucleïnezuren, eiwitten en andere moleculen te vormen. Het stikstofgas, N₂, in de atmosfeer is niet beschikbaar voor gebruik door de meeste organismen vanwege de moeilijkheid om de drievoudige binding tussen stikstofatomen te verbreken. Stikstof moet worden 'gefixeerd' of in een andere vorm worden gebonden zodat dieren en planten het kunnen gebruiken. Hier is een blik op wat vaste stikstof is en een uitleg van verschillende fixatieprocessen.

Vaste stikstof is stikstofgas, N₂, dat is omgezet in ammoniak (NH₃, een ammoniumion (NH₄, nitraat (NO₃, of een ander stikstofoxide zodat het kan worden gebruikt als voedingsstof door levende organismen. Stikstoffixatie is een belangrijk onderdeel van de stikstofcyclus.

Hoe wordt stikstof opgelost?

Stikstof kan worden gefixeerd via natuurlijke of synthetische processen. Er zijn twee belangrijke methoden voor natuurlijke stikstofbinding:

• Bliksem
  Bliksem levert energie om water te laten reageren (H₂O) en stikstofgas (N₂) om nitraten te vormen (NO₃) en ammoniak (NH₃). Regen en sneeuw dragen deze verbindingen naar het oppervlak, waar planten ze gebruiken.
• bacterie
  Micro-organismen die stikstof fixeren, worden gezamenlijk aangeduid als diazotrofe. Diazotrofen zijn goed voor ongeveer 90% van de natuurlijke stikstofbinding. Sommige diazotrofen zijn vrij levende bacteriën of blauwgroene algen, terwijl andere diazotrofen bestaan ​​in symbiose met protozoa, termieten of planten. Diazotrofen zetten stikstof uit de atmosfeer om in ammoniak, dat kan worden omgezet in nitraten of ammoniumverbindingen. Planten en schimmels gebruiken de verbindingen als voedingsstoffen. Dieren verkrijgen stikstof door planten te eten of dieren die planten eten.

Er zijn meerdere synthetische methoden om stikstof te fixeren:

• Haber of Haber-Bosch proces
  Het Haber-proces of Haber-Bosch-proces is de meest gebruikelijke commerciële methode voor stikstofbinding en ammoniakproductie. De reactie werd beschreven door Fritz Haber, die hem de Nobelprijs voor scheikunde van 1918 opleverde, en vroeg in de 20e eeuw door Karl Bosch aangepast voor industrieel gebruik. Daarbij worden stikstof en waterstof verwarmd en onder druk gezet in een vat dat een ijzerkatalysator bevat om ammoniak te produceren.
• Cyanamide proces
  Het cyaanamideproces vormt calciumcyanamide (CaCN₂, ook bekend als Nitrolime) van calciumcarbide dat wordt verwarmd in een zuivere stikstofatmosfeer. Calciumcyanamide wordt vervolgens gebruikt als plantenmeststof.
• Elektrisch boogproces
  Lord Rayleigh bedacht het elektrische boogproces in 1895 en was daarmee de eerste synthetische methode om stikstof te fixeren. Het elektrische boogproces fixeert stikstof in een laboratorium op dezelfde manier als bliksem stikstof in de natuur fixeert. Een elektrische boog reageert zuurstof en stikstof in lucht om stikstofoxiden te vormen. De met oxide beladen lucht wordt door water geborreld om salpeterzuur te vormen.