كيف تحصل النباتات على النيتروجين من الهواء؟.. تبريد النيتروجين الجزيئي إلى درجات حرارة منخفضة جدًا قبل أن يصبح سائلًا

لا تحصل النباتات على النيتروجين مباشرة من الهواء.

على الرغم من أن النيتروجين هو العنصر الأكثر وفرة في الهواء، إلا أن كل ذرة نيتروجين في الهواء مرتبطة ثلاثياً بذرة نيتروجين أخرى لتكوين نيتروجين جزيئي، N2.

هذه الرابطة الثلاثية قوية جدًا ويصعب كسرها (تتطلب طاقة لكسر الروابط الكيميائية بينما يتم إطلاق الطاقة فقط عند تكوين الروابط).

نتيجة لذلك، على الرغم من أن النيتروجين في الهواء شائع جدًا، إلا أنه من غير المفضل بشدة أن يقوم النبات بتقسيم جزيء النيتروجين للحصول على الذرات الخام التي يمكنه استخدامها.

كما أن الرابطة الثلاثية القوية لـ N2 تجعل من الصعب على النيتروجين الجزيئي التفاعل مع معظم المواد الكيميائية الأخرى.

هذا، في الواقع، جزء من سبب وجود الكثير من النيتروجين في الهواء لتبدأ.

أيضًا، يجعل استقرار جزيء النيتروجين وتماثله من الصعب على جزيئات النيتروجين المختلفة الارتباط ببعضها البعض.

تعني هذه الخاصية أنه يمكن تبريد النيتروجين الجزيئي إلى درجات حرارة منخفضة جدًا قبل أن يصبح سائلًا، مما يؤدي إلى أن يصبح النيتروجين السائل سائلًا شديد الفعالية ومبرّدًا.

يسمى فعل تفكيك الذرتين في جزيء النيتروجين "تثبيت النيتروجين".

تحصل النباتات على النيتروجين الذي تحتاجه من التربة، حيث تم إصلاحه بالفعل بواسطة البكتيريا والعتائق.

تمتلك البكتيريا والعتائق الموجودة في التربة وفي جذور بعض النباتات القدرة على تحويل النيتروجين الجزيئي من الهواء (N2) إلى الأمونيا (NH3)، وبالتالي كسر الرابطة الثلاثية الصلبة للنيتروجين الجزيئي.

تسمى هذه الكائنات "ديازوتروف".

من هنا، تقوم الكائنات الحية الدقيقة المختلفة بتحويل الأمونيا إلى مركبات نيتروجين أخرى يسهل على النباتات استخدامها.

وبهذه الطريقة، تحصل النباتات على النيتروجين بشكل غير مباشر من الهواء عن طريق الكائنات الحية الدقيقة الموجودة في التربة وفي بعض جذور النباتات.

لاحظ أن البرق والإشعاع الشمسي عالي الطاقة يمكن أن يؤدي أيضًا إلى تقسيم جزيء النيتروجين، وبالتالي إصلاح النيتروجين في الهواء أيضًا.

ومع ذلك، فإن كمية النيتروجين التي يثبتها البرق والإشعاع الشمسي ضئيلة مقارنة بالكمية المثبتة بواسطة الديازوتروف في التربة والجذور.

يقول جون بوستجيت في كتابه تثبيت النيتروجين:

يعد تثبيت النيتروجين - تحويل النيتروجين في الغلاف الجوي إلى شكل يمكن للنباتات استخدامه - عملية أساسية للزراعة العالمية.

إنه يأتي نتيجة للأنشطة العفوية والبشرية والبيولوجية.

لقد تم الاعتراف بوجود وأهمية المكون البيولوجي لأكثر من قرن من الزمان، ولكن التقدم العلمي على مدى العقود القليلة الماضية غيّر بشكل جذري فهمنا لطبيعته وآلياته.