MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 3PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ NITƠ ................................................................. 4I TỔNG QUÁT .......................................................................................... 5II TÍNH CHẤT ............................................................................................51 Đồng vị ..................................................................................................52 Phản ứng ..................................................................................................63 Ứng dụng ................................................................................................. 7a Hợp chất nitơ ............................................................................................... 7b Khí nitơ ....................................................................................................... 7c Nitơ lỏng ...................................................................................................... 84 Nguồn nitơ .................................................................................................. 9PHẦN II: CHU TRÌNH NITƠ .................................................................................10I CHU TRÌNH NITƠ ...........................................................................................101 Trong khí quyển ............................................................................................122 Trong thủy quyển ..........................................................................................133 Trong địa quyển ............................................................................................13II CÁC QUÁ TRÌNH TRONG CHU TRÌNH NITƠ ...........................................141 Cố định nitơ ...................................................................................................14a Sự cố định nitơ bằng con đƣờng lý hóa thông qua quá trình điện hóa và quang hóa......................................................................................................16b Sự cố định nitơ bằng con đƣờng sinh học. ................................................172 Đồng hóa nitơ ................................................................................................17a Amoni hóa .................................................................................................18b Nitrat hóa ...................................................................................................19c Quá trình khử nitrat ...................................................................................20PHẦN III: NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN ...............................................................21I NHẬN XÉT .......................................................................................................21II TÁC ĐỘNG CỦA CON NGƢỜI ĐẾN CHU TRÌNH NITƠ ......................21 III Ý NGHĨA CỦA CHU TRÌNH NITƠ .........................................................21TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................23
HÓA HỌC VÔ CƠ HIỆN ĐẠI MỤC LỤC MỞ ĐẦU PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ NITƠ I TỔNG QUÁT II TÍNH CHẤT .5 Đồng vị Phản ứng Ứng dụng a Hợp chất nitơ .7 b Khí nitơ .7 c Nitơ lỏng Nguồn nitơ .9 PHẦN II: CHU TRÌNH NITƠ 10 I CHU TRÌNH NITƠ 10 Trong khí 12 Trong thủy 13 Trong địa 13 II CÁC QUÁ TRÌNH TRONG CHU TRÌNH NITƠ 14 Cố định nitơ 14 a Sự cố định nitơ đƣờng lý hóa thông qua trình điện hóa quang hóa 16 b Sự cố định nitơ đƣờng sinh học 17 Đồng hóa nitơ 17 a Amoni hóa 18 b Nitrat hóa 19 c Quá trình khử nitrat 20 PHẦN III: NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN .21 I NHẬN XÉT .21 II TÁC ĐỘNG CỦA CON NGƢỜI ĐẾN CHU TRÌNH NITƠ 21 HÓA HỌC VÔ CƠ HIỆN ĐẠI III Ý NGHĨA CỦA CHU TRÌNH NITƠ 21 TÀI LIỆU THAM KHẢO .23 HÓA HỌC VÔ CƠ HIỆN ĐẠI MỞ ĐẦU Chu trình sinh địa hoá chu trình trao đổi chất tự nhiên: chất từ môi trƣờng vào thể, qua bậc dinh dƣỡng từ thể sinh vật truyền trở lại môi trƣờng Một chu trình sinh địa hoá gồm có phần: tổng hợp chất, tuần hoàn vật chất tự nhiên, phân giải lắng đọng phần vật chất đất, nƣớc Nitơ nguyên tố hóa học bảng tuần hoàn nguyên tố có ký hiệu N số nguyên tử Ở điều kiện bình thƣờng chất khí không màu, không mùi, không vị trơ tồn dƣới dạng phân tử N2, gọi đạm khí Nitơ chiếm khoảng 78% khí Trái Đất thành phần thể sống Nitơ tạo nhiều hợp chất quan trọng nhƣ axít amin, amôniắc, axít nitric xyanua Vì nitơ chất có nhiều quan trọng nhƣ nên sâu nói chu trình nitơ Bắt đầu từ nguồn gốc, trình biến đổi từ đầu đến cuối chu trình Để có nhìn khách quan nguyên tố mà tiếp xúc thƣờng xuyên, chiếm đến 78% khí trái đất HÓA HỌC VÔ CƠ HIỆN ĐẠI PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ NITƠ Nitơ nguyên tố hóa học bảng tuần hoàn nguyên tố có ký hiệu N số nguyên tử Ở điều kiện bình thƣờng chất khí không màu, không mùi, không vị trơ tồn dƣới dạng phân tử nitơ, gọi đạm khí Nitơ chiếm khoảng 78% khí Trái Đất thành phần thể sống Nitơ tạo nhiều hợp chất quan trọng nhƣ axit amin, axit nucleic, ammoniac, axit nitrite, cyanua… Phân tử nitơ khí tƣơng đối trơ, nhƣng tự nhiên bị chuyển hóa chậm thành hợp chất có ích mặt sinh học công nghiệp nhờ vài thể sống, chủ yếu vi khuẩn Khả kết hợp hay cố định nitơ đặc trƣng quan trọng công nghiệp hóa chất đại, nitơ đƣợc chuyển hóa thành amomniac Ammoniac đƣợc dùng trực tiếp chủ yếu làm phân bón, hay làm nguyên liệu cho nhiều hóa chất quan trọng khác Các muối acid nitrite bao gồm nhiều hợp chất quan trọng nhƣ hay diêm tiêu, thuốc súng nitrate amoni Các hợp chất nitrate hữu khác, nhƣ TNT Acid nitrite đƣợc dùng làm chất oxi hóa tên lửa dùng nhiên liệu lỏng Ammoniac hợp chất quan trọng N H Ammoniac có tính bazơ, dung dịch tạo cation amoni (NH4+) Các khác có cấu trúc tƣơng tự dinitơ monoxit (N2O), nitơ monoxit (NO) nitơ dioxit (NO2) Các oxit tiêu chuẩn dinitơ trioxit (N2O3) dinitơ pentoxit (N2O5), thực tế tƣơng đối không ổn định chất nổ Các axit tƣơng ứng acid nitrơ (HNO2) acid nitrite (HNO3), với muối tƣơng ứng đƣợc gọi nitrite nitrate Acid nitrite axit mạnh hydroni HÓA HỌC VÔ CƠ HIỆN ĐẠI I TỔNG QUÁT Nitơ phi kim, với độ âm điện 3,04 Nó có điện tử lớp cùng, thƣờng có hóa trị ba phần lớn hợp chất Nitơ tinh khiết chất khí dạng phân tử không màu tham gia phản ứng hóa học nhiệt độ phòng phản ứng với Liti Nó hóa lỏng nhiệt độ 77oK (-196°C) điều kiện áp suất khí đóng băng 63°K (-210°C) thành dạng thù hình có tinh thể sáu phƣơng đóng kín Dƣới 35,4°K (−237.6°C) nitơ đƣợc cho có thù hình hệ lập phƣơng (đƣợc gọi pha alpha) Nitơ lỏng, có dạng giống nhƣ nƣớc, nhƣng có tỷ trọng 80,8% (tỷ trọng nitơ lỏng điểm sôi 0,808 g/mL), chất làm lạnh phổ biến Các thù hình không bền nitơ có hai nguyên tử đƣợc tạo phòng thí nghiệm, nhƣ N3 N4 Trong điều kiện áp suất cao (1,1 triệu atm) nhiệt độ cao (2000oK), tạo diamond anvil cell, nitơ polymer hóa thành cấu trúc tinh thể lập phƣơng liên kết đơn Cấu trúc tƣơng tự cấu trúc kim cƣơng, hai có liên kết cộng hóa trị cực mạnh N4 có tên gọi "kim cƣơng nitơ" Các dạng thù hình khác (chƣa tổng hợp đƣợc) bao gồm hexazine (N6, vòng benzen) octaazacuban (N8, cubane đơn) Dạng nitơ đƣợc dự đoán không ổn định cao, dạng nitơ đƣợc dự đoán ổn định động học, đối xứng quỹ đạo II TÍNH CHẤT Đồng vị Có hai đồng vị ổn định nitơ là: 14N 15N Phổ biến 14N (99,634%), đồng vị tạo chu trình CNO Phần lại 15N Trong số 10 đồng vị tổng hợp nhân tạo có chu kỳ bán rã phút đồng vị lại có chu kỳ bán rã mức độ giây hay nhỏ HÓA HỌC VÔ CƠ HIỆN ĐẠI Các phản ứng trung gian sinh học (ví dụ: đồng hóa, nitrat hóa khử nitrat) kiểm soát chặt chẽ cân động nitơ đất Các phản ứng gần nhƣ tạo làm giàu 15N chất làm suy kiệt sản phẩm Mặc dù nƣớc mƣa chứa lƣợng tƣơng đƣơng amônium nitrat, nhƣng amônium tƣơng đối khó chuyển hóa/hấp thụ so với nitrat khí nên phần lớn nitơ khí vào đất dƣới dạng nitrat Nitrat đất đƣợc loại rễ hấp thụ tốt so với nitơ dƣới dạng amônium Một phần nhỏ (0,73%) nitơ phân tử khí Trái Đất isotopologue 14N15N, hầy hết phần lại 14N2 Đồng vị phóng xạ 16N thành phần hạt nhân phóng xạ chiếm ƣu chất làm mát lò phản ứng hạt nhân nƣớc áp lực lò phản ứng nƣớc sôi chế độ vận hành bình thƣờng Nó đƣợc tạo từ 16O (trong nƣớc) qua phản ứng (n,p) Nó có chu kỳ bán rã khoảng 7,1 giây, nhƣng phân rã ngƣợc lại tạo 16 O sinh tia phóng xạ gama lƣợng cao (5 đến MeV) Do đó, việc tiếp cận ống dẫn chất làm lạnh sơ cấp lò phản ứng nƣớc áp lực phải đƣợc kiểm soát chặt chẽ trình vận hành lò phản ứng 16N công cụ đƣợc dùng để nhận dạng nhanh vụ rò rỉ chí nhỏ từ chất làm lạnh sơ cấp đến chu trình thứ cấp Phản ứng Nhìn chung, nitơ không hoạt động điều kiện nhiệt độ áp suất chuẩn Nitơ phản ứng với nguyên tố lithi Lithi cháy không khí có N2 tạo lithi nitrua: 6Li + N2 = 2Li3N Magiê cháy nitơ tạo magiê nitrua 3Mg + N2 = Mg3N2 N2 tạo thành nhiều sản phẩm cộng với kim loại chuyển tiếp nhƣ [Ru(NH3)5(N2)]2+ Tuy nhiên, cần lƣu ý phối tử N2 thu đƣợc cách phân hủy HÓA HỌC VÔ CƠ HIỆN ĐẠI hydrazin, không phối với nitơ tự Các hợp chất có nhiều nhƣ IrCl(N2)(PPh3)2, W(N2)2(Ph2PCH2CH2PPh2)2, and [(η2 -C5Me4H)2Zr]2(μ2, η2,η2-N2) Các phức minh hoạ cách N2 kết hợp với kim loại enzym nitrogenase xúc tác cho trình Haber Quá trình xúc tác để khử N2 thành ammoniac cách sử dụng phức molybden với có mặt nguồn proton đƣợc công bố năm 2005 Ứng dụng a Hợp chất nitơ Phân tử nitơ khí tƣơng đối trơ, nhƣng tự nhiên bị chuyển hóa chậm thành hợp chất có ích mặt sinh học công nghiệp nhờ số thể sống, chủ yếu vi khuẩn Khả kết hợp hay cố định nitơ đặc trƣng quan trọng công nghiệp hóa chất đại, nitơ (cùng với khí thiên nhiên) đƣợc chuyển hóa thành amôniắc (thông qua phƣơng pháp Haber) Amôniắc, lƣợt mình, đƣợc sử dụng trực tiếp (chủ yếu nhƣ phân bón), hay làm nguyên liệu cho nhiều hóa chất quan trọng khác, bao gồm thuốc nổ, chủ yếu thông qua việc sản xuất axít nitric theo phƣơng pháp Ostwald Các muối axít nitric bao gồm nhiều hợp chất quan trọng nhƣ xanpet (hay diêm tiêu- lịch sử nhân loại quan trọng đƣợc sử dụng để làm thuốc súng) nitrat amôni, phân bón hóa học quan trọng Các hợp chất nitrat hữu khác, chẳng hạn trinitrôglyxêrin trinitrotoluen (tức TNT), đƣợc sử dụng làm thuốc nổ Axít nitric đƣợc sử dụng làm chất ôxi hóa tên lửa dùng nhiên liệu lỏng Hiđrazin dẫn xuất đƣợc sử dụng làm nhiên liệu cho tên lửa b Khí nitơ Nitơ dạng khí đƣợc sản xuất nhanh chóng cách cho nitơ lỏng (xem dƣới đây) ấm lên bay Nó có nhiều ứng dụng, bao gồm việc phục vụ nhƣ thay trơ cho không khí mà ôxi hóa không mong muốn HÓA HỌC VÔ CƠ HIỆN ĐẠI + Để bảo quản tính tƣơi thực phẩm đóng gói hay dạng rời (bằng việc làm chậm ôi thiu dạng tổn thất khác gây ôxi hóa) + Trên đỉnh chất nổ lỏng để đảm bảo an toàn Nó đƣợc sử dụng trong: + Sản xuất linh kiện điện tử nhƣ tranzito, điốt, mạch tích hợp (IC) + Sản xuất thép không gỉ + Bơm lốp ô tô máy bay tính trơ thiếu tính chất ẩm, ôxi hóa nó, ngƣợc lại với không khí c Nitơ lỏng Nitơ lỏng đƣợc sản xuất theo quy mô công nghiệp với lƣợng lớn cách chƣng cất phân đoạn không khí lỏng thƣờng đƣợc nói đến theo công thức giả LN2 Nó tác nhân làm lạnh (cực lạnh), làm cứng mô sống tiếp xúc với Khi đƣợc cách ly thích hợp khỏi nhiệt môi trƣờng xung quanh phục vụ nhƣ chất cô đặc nguồn vận chuyển nitơ dạng khí mà không cần nén Ngoài ra, khả việc trì nhiệt độ cách siêu phàm, bay 77°K (-196°C hay -320°F) làm cho hữu ích nhiều ứng dụng khác nhau, chẳng hạn vai trò chất làm lạnh chu trình mở, bao gồm: + Làm lạnh để vận chuyển thực phẩm bảo quản phận thân thể nhƣ tế bào tinh trùng trứng, mẫu chế phẩm sinh học + Trong nghiên cứu tác nhân làm lạnh + Trong da liễu học để loại bỏ tổn thƣơng da ác tính xấu xí hay tiềm gây ung thƣ, ví dụ mụn cóc, vết chai sần da v.v HÓA HỌC VÔ CƠ HIỆN ĐẠI + Nitơ lỏng sử dụng nhƣ nguồn làm mát để tăng tốc CPU, GPU, hay dạng phần cứng khác Nguồn nitơ Khối lƣợng (triệu tấn) Nguồn 0,2 x 10 12 Địa + Đá 0,2 x 10 12 + Lắng 0,4 x 10 23 x 10 Thủy + Nitơ hòa tan 22 x 10 + Hợp chất vô nitơ 0,6 x 10 Khí 3,9 x 10 Sinh 3,9 x 10 + Sinh vật sống đất 1,2 x 10 + Sinh vật sống biển 0,5 x 10 + Sinh vật chết đất 300 x 10 + Sinh vật chết biển 600 x 10 Bảng 1: Nguồn nitơ tự nhiên HÓA HỌC VÔ CƠ HIỆN ĐẠI PHẦN II: CHU TRÌNH NITƠ I CHU TRÌNH NITƠ Chu trình nitơ trình mà theo nitơ bị biến đổi qua lại dạng hợp chất hóa học Việc biến đổi đƣợc tiến hành hai trình sinh học phi sinh học Chu trình nitơ tƣơng tự nhƣ chu trình khí khác, đƣợc sinh vật sản xuất hấp thụ đồng hóa đƣợc chu chuyển qua nhóm sinh vật tiêu thụ, cuối bi sinh phân hủy trả lại nitơ phân tử cho môi trƣờng Quá trình quan trọng chu trình nitơ bao gồm cố định nitơ, khoáng hóa, nitrat hóa khử nitrat Chu trình nitơ nhân tố đáng ý nhà sinh thái học chúng ảnh hƣởng đến tốc độ phát triển trình sinh thái chính, nhƣ sản lƣợng thứ cấp phân hủy Các hoạt động ngƣời nhƣ đốt nhiên liệu hóa học, sử dụng loại phân bón nitơ nhân tạo thải nitơ nƣớc thải làm biến đổi đáng kể đến chu trình nitơ Trái Đất Nitơ từ đất, nƣớc vào thể sinh vật lại từ sinh vật trờ lại đất, nƣớc không khí tạo thành chu trình kín gọi vòng tuần hoàn Nitơ 10 HÓA HỌC VÔ CƠ HIỆN ĐẠI Hình 1: Chu trình nitơ 11 HÓA HỌC VÔ CƠ HIỆN ĐẠI Hình 2: Chu trình nitơ Trong khí Nitơ trƣớc hết oxyt NO NO2 Chúng xuất kết trình phân hủy nhiệt phân tử nitơ với tác nhân tham gia phản ứng gốc hóa học theo chuỗi phản ứng N2 + O2 = 2NO Phản ứng tiến hành nhiệt độ cao to>= 25000oK Trong khí lƣợng NOx tạo từ trình phóng điện từ nhƣ trình cháy trình tự nhiên khác chiếm tới 90% NO Quá trình phân ly N2O tầng bình lƣu: N2O + O 2NO 12 HÓA HỌC VÔ CƠ HIỆN ĐẠI Đây trình tạo NO tiêu thụ O nguyên tử, nguồn gốc dẫn đến trình phân hủy tạo thành ozon khí Trong khí NH3 tham gia phản ứng với gốc OH theo phƣơng trình: NH3 + OH NH2 + H2O Liên kết N-H đƣợc coi nguồn gốc nitrosamin có tác dụng gây độc ung thƣ Trong khí có nƣớc N2O5 bị phân hủy tạo thành axit nitric N2O5 + H2O 2HNO3 Các phản ứng sau xảy ra: HNO3 + NO HNO2 + NO2 HNO3 + HNO2 2NO2 + H2O Trong thủy Trong nƣớc có số loại vi khuẩn có khả cố định nitơ nhƣ Rhizobium 3CH2O + 2N2 + 3H2O + 4H+ 3CO2 + 4NH4+ Quá trình biến đổi nitơ nƣớc bề mặt dẫn đến việc tăng nồng độ NO3Trong nƣớc có nhiều loại rong tảo Đó sinh vật tự dƣỡng, chúng sử dụng chất dinh dƣỡng vô nhƣ nitơ để phát triển: CO2 + PO43- + NH3 Tế bào + O2 Trong địa Nitơ yếu tố dinh dƣỡng động vật Nitơ đất hầu hết dƣới dạng hợp chất hữu (90%) 13 HÓA HỌC VÔ CƠ HIỆN ĐẠI Hợp chất hữu NH4+ NO3- thực vật, N2 Một số họ đậu nhƣ đậu tƣơng, linh lăng, cỏ ba lá…có khả hấp thụ nitơ khí nhờ loại vi khuẩn có nốt sần nhỏ rễ chúng Nitơ có tác dụng kích thích trình sinh trƣởng tổng hợp protein thực vật 2NH2 + 3O2 2NO2- + 2H+ + 2H2O 2NO2- + O2 2NO3- II CÁC QUÁ TRÌNH TRONG CHU TRÌNH NITƠ Nitơ môi trƣờng tồn nhiều dạng hóa học khác bao gồm nitơ hữu nhƣ ammoni (NH4+), nitrit (NO2-), nitrat (NO3-), nitơ ôxit (N2O), nitric ôxit (NO), nitơ vô nhƣ khí nitơ (N2) Nitơ hữu tồn sinh vật sống, đất mùn, sản phẩm trung gian trình phân hủy vật chất hữu Các trình chu trình nitơ chuyển đổi nitơ từ dạng sang dạng khác Một số trình đƣợc tiến hành vi khuẩn, qua trình để chúng lấy lƣợng để tích tụ nitơ thành dạng cần thiết cho phát triển chúng Sơ đồ bên thể cách mà trình tƣơng thích với để tạo chu trình nitơ Cố định nitơ Cố định đạm hay cố định nitơ trình mà nitơ (N2) khí đƣợc chuyển đổi thành amoni (NH4+) Nitơ khí phân tử khí nitơ (N2) tƣơng đối trơ, tức không dễ dàng phản ứng với hóa chất khác để tạo hợp chất Quá trình cố định phân giải phân tử nitơ dạng hai nguyên tử (N2) thành nguyên tử 14 HÓA HỌC VÔ CƠ HIỆN ĐẠI Cố định đạm tự nhiên tổng hợp, trình cần thiết cho tất hình thái sống nitơ cần thiết để sinh tổng hợp yếu tố cấu tạo thực vật, động vật hình thái sống khác; ví dụ, nucleotide DNA RNA axit amin protein Do đó, cố định đạm cần thiết nông nghiệp sản xuất phân bón Đây trình quan trọng sản xuất thuốc nổ (ví dụ nhƣ thuốc súng, thuốc nổ TNT, v.v) Cố định đạm tự nhiên không khí nhờ tia sét Cố định đạm gồm dạng chuyển đổi sinh học khác nitơ, chẳng hạn nhƣ chuyển đổi sang nitơ điôxit (NO2) Vi sinh vật cố định đƣợc nitơ sinh vật nhân sơ (cả vi khuẩn vi khuẩn cổ) gọi chung vi khuẩn cố định đạm (diazotroph) Một số thực vật bậc cao, số động vật (mối), có hình thức cộng sinh với vi khuẩn (diazotroph) 15 HÓA HỌC VÔ CƠ HIỆN ĐẠI Hình 3: Sấm chớp nguồn cố định nitơ khí a Sự cố định nitơ đường lý hóa thông qua trình điện hóa quang hóa Chớp nguồn lƣợng cố định nitơ tạo kết hợp N2 O2 không khí N2 + O2 = 2NO 2NO + O2 = 2NO2 2NO2 + H2O = 2H+ + 2NO3 + NO Khí nitơ khí dƣới tác động dòng điện tự nhiên (khi có dông bão) tạo thành amoni nitrat, đƣợc nƣớc mƣa đƣa vào đất khoảng vài kg 1ha năm Lƣợng nitơ khí đƣợc chuyển hóa thành phân đạm với xúc tác Fe xảy theo phƣơng trình sau: N2 + 3H2 = NH3 CO2- + 2NH3 = CO(NH2)2 + H2O 16 HÓA HỌC VÔ CƠ HIỆN ĐẠI b Sự cố định nitơ đường sinh học Phần lớn vi khuẩn, số tảo, nấm nhóm sống tự (chủ yếu vi khuẩn tảo) Những nghiên cứu gần trình cố định nitơ cho thấy trình cố định đòi hỏi: - Có tham gia enzyme nitrogenase Có thể coi nhân tố chìa khóa cho trình Enzyme hoạt động điều kiện yếm khí - Có lực khử mạnh với khử cao (NAD, NADP, ) - Có lƣợng (ATP) đủ có tham gia nguyên tố vi lƣợng Nhóm hoạt động enzyme nitrogenase có chứa Mo Fe Vì sử dụng Mo Fe cho họ đậu thƣờng có hiệu cao - Tiến hành điều kiện yếm khí Các chất khử NADH2 Fd với lƣợng hô hấp, quang hợp chủ cung cấp Sự cố định nitơ cần nhiều lƣợng, cần 16 ATP để khử nitơ NH3 tạo thành trình cố định nitơ đƣợc sử dụng dễ dàng vào trình amine hóa cetoacid để tổng hợp cách nhanh chóng acid amine, từ tham gia vào tổng hợp protein nhiều trình trao đổi chất khác Đồng hóa nitơ Thực vật lấy nitơ đất cách hấp thụ chúng qua rễ dạng ion nitrat amoni Tất nitơ mà động vật tiêu thụ quay ngƣợc trở lại làm thức ăn cho thực vật vài giai đoạn chuỗi thức ăn Thực vật hấp thụ ion nitrat amoni từ đất thông qua lông rễ, trình khử ion nitrat sau amoni cho việc tổng 17 HÓA HỌC VÔ CƠ HIỆN ĐẠI hợp thành amino axit, nucleic axit, diệp lục Trong loài thực vật có mối quan hệ hỗ sinh với rhizobia, vài nitơ đƣợc đồng hóa trực tiếp thành dạng ion amoni từ nốt Động vật, nấm, sinh vật dị dƣỡng khác tiêu thụ nitơ từ việc ăn amino axit, nucleotide phân tử hữu nhỏ khác Hình 4: Quá trình đồng hóa nitơ a Amoni hóa Khi thực vật động vật chết dạng ban đầu nitơ chất hữu Vi khuẩn nấm, số trƣờng hợp, chuyển đổi nitơ xác chúng thành amoni (NH4+), trình đƣợc gọi trình amoni hóa hay khoáng hóa Các enzyme liên quan gồm: + GS: Gln Synthetase (Cytosolic & PLastid) 18 HÓA HỌC VÔ CƠ HIỆN ĐẠI + GOGAT: Glu 2-oxoglutarate aminotransferase (Ferredoxin & NADH dependent) + GDH: Glu Dehydrogenase: ●Vai trò phụ đồng hóa amoni ●Vai trò quan trọng dị hóa amino axit b Nitrat hóa Quá trình chuyển đổi amoni thành nitrat đƣợc tiến hành vi khuẩn sống đất loại vi khuẩn nitrat hóa khác Trong giai đoạn nitrat hóa này, ôxy hóa amoni (NH4+) đƣợc tiến hành loài vi khuẩn Nitrosomonas, trình chuyển đổi amoniac thành nitrit (NO2-) Các loại vi khuẩn khác nhƣ Nitrobacter có nhiệm vụ ôxy hóa nitrit thành nitrat (NO3- ) Việc biến đổi nitrit thành nitrat trình quan trọng tích tụ nitrit gây ngộ độc cho thực vật Do khả hòa tan cao nên nitrat di chuyển vào nƣớc ngầm Nồng độ nitrat cao nƣớc ngầm mối quan tâm nƣớc uống nitrat xen vào ngăn cản hòa tan ôxy máu trẻ sơ sinh gây bệnh methemoglobinemia hội chứng trẻ da xanh Ở nơi mà nƣớc ngầm bổ cấp cho sông suối, nƣớc ngầm có hàm lƣợng nitrat cao góp phần vào tƣợng phú dƣỡng, tƣợng làm tăng số lƣợng tảo, đặc biệt loài tảo lục gây chết loài thủy sinh chúng tiêu thụ hết lƣợng ôxy nƣớc Đầu tiên biến đổi amoni hay amoniac thành nitrit: 2NH3 + 3O2 2NO2- + 2H2O + Năng lƣợng Tiếp theo biến nitrit thành nitrat: 2NO2- + O2 2NO3 + Năng lƣợng 19 HÓA HỌC VÔ CƠ HIỆN ĐẠI c Quá trình khử nitrat Đây trình khử nitrat thành khí nitơ (N2), hoàn tất chu trình nitơ Quá trình xảy nhờ loại vi khuẩn nhƣ Pseudomonas Clostridium môi trƣờng kỵ khí Chúng sử dụng nitrat làm chất nhận electron từ ôxy trình hơ hấp Các vi khuẩn kỵ khí ngẫu nhiên sống môi trƣờng hiếu khí Quá trình diễn nhờ vi khuẩn phản nitrat hóa (pseudamonas, escherichia nấm) Các vi khuẩn sống điều kiện thiếu oxi, chúng dùng NO3- làm nguồn oxi để hô hấp yếm khí, giải phóng N2O, NO, N2 vào khí quyển, khí N2 đƣợc giải phóng khỏi trình nhƣ chất thải 20 HÓA HỌC VÔ CƠ HIỆN ĐẠI PHẦN III: NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN I NHẬN XÉT Trong trình nitơ trình cố định đạm quan trọng vì: + Đây bƣớc để nitơ vào chu trình + Quá trình làm tăng lƣợng đạm đất, tăng độ phì nhiêu cho đất + Nitơ đƣợc cố định dạng hữu nguồn đạm cho vi sinh vật đất sử dụng trình chu trình Trong chu trình có nhiều chu trình nhỏ đan xen phức tạp II TÁC ĐỘNG CỦA CON NGƯỜI ĐẾN CHU TRÌNH NITƠ Sử dụng phân đạm để làm tăng suất cho vụ mùa, làm tăng độ khử nitrit làm nitrat vào nƣớc ngầm, lƣợng N2 tăng hệ thống nƣớc ngầm chảy sống suốt xảy tƣợng phú dƣỡng hóa Làm tăng lắng đọng N2 không khí cháy rừng đốt cháy nhiên liệu, trình giải phóng dạng N2 rắng trạng thái bụi Chăn nuôi gia súc thải môi trƣờng lƣợng lớn NH3 chất thải chúng, NH3 thấm vào đất, nƣớc ngầm truyền sang khu vục khác nƣớc chảy tràn Chất thải nƣớc thải trình sản xuất chứa hợp chất hữu chƣa N2 vào môi trƣờng đất, nƣớc, lƣợng chất thải ngày tăng làm ô nhiễm môi trƣờng nƣớc III Ý NGHĨA CỦA CHU TRÌNH NITƠ Là chế trì cân nitơ trái đất 21 HÓA HỌC VÔ CƠ HIỆN ĐẠI Quá trình cố định đạm đƣờng sinh học có ý nghĩa việc trì độ phì nhiêu đất Lƣợng nitơ sinh học đƣợc tích lũy đất nhờ vi sinh vật cố định nitơ sử dụng nhƣ nguồn phân bón hữu hiệu biện pháp tích cực làm giàu nguồn đạm cho đất giảm nguy ô nhiễm môi trƣờng sử dụng nhiều phân bón hóa học 22 HÓA HỌC VÔ CƠ HIỆN ĐẠI TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách, tài liệu: Sinh học 12 Trung học phổ thông Biology NXB Pearson Benjamin Cummings - Hoa Kỳ xuất lần thứ (2008) Các link, trang wed: 1http://luanvan.co/luan-van/chuyen-de-su-phat-sinh-va-chu-chuyen-cua-nito-trongkhi-quyen-56421/ https://vi.wikipedia.org/wiki/Chu_tr%C3%ACnh_nit%C6%A1 http://documents.tips/documents/chu-trinh-nito.html http://tailieu.vn/doc/chu-trinh-nito-trong-tu-nhien-887069.html 23