Categorie: Scheikunde Gepubliceerd: 21 februari 2014
Planten halen hun stikstof niet rechtstreeks uit de lucht. Hoewel stikstof het element is dat het meest voorkomt in de lucht, is elk stikstofatoom in de lucht drievoudig gebonden aan een ander stikstofatoom om moleculaire stikstof, N2, te vormen. Deze drievoudige binding is zeer sterk en zeer moeilijk te verbreken (er is energie nodig om chemische bindingen te verbreken, terwijl er alleen energie vrijkomt bij de vorming van bindingen). Bijgevolg is het voor een plant, ook al is stikstof in de lucht heel gewoon, energetisch ongunstig om de stikstofmolecule te splitsen om de ruwe atomen te krijgen die ze kan gebruiken. De sterke drievoudige binding van N2 maakt het ook moeilijk voor moleculair stikstof om te reageren met de meeste andere chemicaliën. Dit is in feite een van de redenen waarom er zoveel stikstof in de lucht zit. Ook de stabiliteit en symmetrie van de stikstofmolecule maakt het moeilijk voor verschillende stikstofmoleculen om zich aan elkaar te binden. Deze eigenschap betekent dat moleculair stikstof tot zeer lage temperaturen kan worden afgekoeld voordat het vloeibaar wordt, waardoor vloeibaar stikstof een zeer effectieve cryogene vloeistof is.
Het uit elkaar halen van de twee atomen in een stikstofmolecuul wordt “stikstoffixatie” genoemd. Planten halen de stikstof die zij nodig hebben uit de bodem, waar deze reeds is gefixeerd door bacteriën en archaea. Bacteriën en archaea in de bodem en in de wortels van sommige planten hebben het vermogen om moleculaire stikstof uit de lucht (N2) om te zetten in ammoniak (NH3), waarbij ze de taaie drievoudige binding van moleculaire stikstof verbreken. Dergelijke organismen worden “diazotrofen” genoemd. Van hieruit zetten verschillende micro-organismen ammoniak om in andere stikstofverbindingen die voor planten gemakkelijker te gebruiken zijn. Op die manier krijgen planten hun stikstof indirect uit de lucht via micro-organismen in de bodem en in bepaalde plantenwortels. Merk op dat bliksem en hoogenergetische zonnestraling ook de stikstofmolecule kunnen splitsen, en dus ook de stikstof in de lucht vastleggen. De hoeveelheid stikstof die door bliksem en zonnestraling wordt vastgelegd, is echter verwaarloosbaar in vergelijking met de hoeveelheid die door diazotrofen in de bodem en in wortels wordt vastgelegd. In zijn boek Nitrogen Fixation stelt John Postgate,
De vastlegging van stikstof – de omzetting van stikstof uit de lucht in een vorm die planten kunnen gebruiken – is een proces dat van fundamenteel belang is voor de landbouw in de wereld. Het komt tot stand als gevolg van spontane, antropogene en biologische activiteiten. Het bestaan en het belang van de biologische component worden al meer dan een eeuw erkend, maar de wetenschappelijke vooruitgang van de laatste decennia heeft ons inzicht in de aard en de mechanismen ervan radicaal veranderd.
Topics: air, ammonia, atmosphere, diazotroph, nitrogen, nitrogen fixation, plants