TRANSFORMASI JENIS NITROGEN

MUHAMMAD FAHRI, S.Pi MP

Nitrogen (N) menjadi sangat penting bagi kehidupan yang kebanyakan bentuk N yang dilepaskan oleh satu organisme sebagai "limbah" yang pada umumnya dapat dipungut oleh organisma lain sebagai makanan yang panjang sebelumnya seperti "limbah" N dapat diperoleh kesempatan untuk mengambil bagian penuh pada satuan reaksi oxidasi/reduksi (reaksi nitrifikasi/denitrifikasi) yang mengidentifikasi peredaran N yang disederhanakan. Pada sistem dartan (terestrial), suatu produk penting (dan dengan begitu disimpan) dari konstanta ini dan peredaran yang dinamis dari organik "limbah" sebagai humus. Ini dicerminkan dari komposisi kimia humus, dimana atas dasar perbandingan C:N adalah intermediate/perantara yang khas antara tumbuhan dan hewan/mikroorganisme.

Fiksasi N2

Fiksasi N adalah proses dimana N2 di atmosfir dikonversi ke campuran yang dapat digunakan oleh tananam. Itu adalah suatu proses alami yang difasilitasi oleh jasad renik tertentu dan proses industri yang memerlukan sejumlah energi yang besar. Walaupun semua organisme memerlukan campuran N, sangat sedikit yang bisa menggunakan N2, yang paling melimpah bentuk unsur yang siap dimanfaatkan. Kebanyakan organisme memerlukan bentuk N yang difiksasi dalam wujud NH3, NO3-, NO2-, atau N organik. Jumlah N yang difiksasi mungkin adalah faktor kunci yang membatasi didalam kemampuan bumi untuk mendukung kehidupan.

Molekul N2 secara relatif tidak reaktif dan lemah. Itu berkombinasi dengan unsur-unsur lain hanya pada temperatur dan tekanan tinggi atau dihadapan suatu katalisator. N dapat difiksasi dalam wujud beberapa oksida. Dua sumber N oksida adalah mesin pembakaran internal dan pencahayaan. Mesin pembakaran internal menghasilkan NO dan NO2 sebab temperatur internal yang tinggi dan disebabkan tekanan N2 di atmosfir dan O2 untuk bereaksi. Lucutan elektris tegangan tinggi, seperti petir, dapat mengoxidasi N2. Cyanobacteria (Blue-Green algae) dan bakteri berhubungan dengan kacang-kacangan dapat memperbaiki N2 dengan menguranginya ke ammoniacal (seperti amoniak) N, kebanyakan dalam wujud asam amino. N2 direduksi menjadi NH3 yang secara industri menggunakan temperatur tinggi, tekanan, dan suatu katalisator. Produksi NH3 industri bahan kimia kedua terbesar di Amerika Serikat, dengan produksi tahunan 17.2 juta metric ton (14.2 juta metric ton N).

Pada waktu sebelum industrial, fiksasi alami dari gas N2 di atmosfir diperkirakan mencapai 40 sampai 200 juta metric ton N/Tahun oleh ekositem laut dan 90 sampai 130 juta metric ton N/Tahun oleh ekosistem daratan/terestrial (Galloway, 1998). Petir menghasilkan kira-kira 9.4 juta metric ton N oksida setiap tahun. Perkiraan[dari fiksasi N2 yang global anthropogenik meliputi 80 juta metrik tons/tahun bahan kimia pupuk N, 20 juta metric ton N/Tahun yang dilepaskan oleh pembakaran, 25 juta metric ton N/Tahun yang difiksasi oleh tananaman pertanian penfiksasian N kacang-kacangan, dan 25 juta ton N yang didaur ulang dengan kurang baik menggambarkan limbah anthropogenik (Kinzig dan Socolow, 1994; Galloway et al., 1995; Galloway, 1998; Smil, 1999). Produksi USA pada Tahun 1999 mencakup kira-kira 17 juta metric ton dari NH3 anhydous, 7 juta metric ton ammonium nitrat, 3 juta metric ton ammonium sulfat, dan 8 juta metric ton asam nitrit (Anon, 2000). Perkiraan pembakaran meliputi oksidasi organik-N pada batubara dan minyak untuk NO. Walaupun ini bukan fiksasi N2, beberapa peneliti merasakan itu adalah setara dengan fiksasi N2 sebab organik N akan tidak tersedia untuk siklus di biosphere (Vitousek et al., 1997).

Adalah menarik untuk dicatat bahwa jumlah N2 yang dilepaskan oleh pembakaran dan produksi pupuk menjadi sama besarnya sebagai yang diperkirakan biologi terestrial dari fiksasi N.

Proses Biologi Yang Menyertakan N

Kandungan N adalah penting bagi semua bentuk kehidupan. Paling utama biomolekul mengandung N pada suatu bentuk yang serupa untuk amoniak (bentuk oksidasi -3). Hampir semua seperti N disebut ammoniacal N -yaitu salah satu dari atom hidrogen dikombinasikan dengan atom amoniak N yang digantikan oleh atom karbon, misalnya, C-NH2. N adalah komponen penting dari protein, peptida, enzim, molekul energi transfer (ATP, ADP), dan material genetik (RNA dan DNA)- unsur yang penting bagi semua organisme.

Sedangkan jumlah N yang diperlukan oleh hewan, jasad renik, dan tumbuhan sangat bervariasi, sejumlah N diperlukan selalu cukup besar untuk membuat N jatuh masuk ke kategori menjadi macronutrient penting (diperlukan sejumlah besar sehubungan dengan bahan nutrien lain yang penting seperti : kalsium, fosfor, kalium, sulfur, dan magnesium). Dalam semua kasus, kebutuhan bahan nutrien untuk N terlewati hanya oleh karbon (C), hidrogen (H), dan oksigen (O).

Bakteri tertentu juga menggunakan campuran N dalam pernapasan (produksi energi). pada semua organisme, pernapasan adalah suatu reaksi oxidation-reduction (redox) yang menyertakan suatu oxidant (akseptor elektron) dan suatu reductant (donor elektron). Aerobes (termasuk manusia) memanfaatkan oksigen sebagai akseptor elektron. Energi yang tersedia dari berbagai reaksi yang dilakukan oleh organisme disampaikan dalam tujuh baris yang pertama mengikuti Tabel berikut, dimana "CH2O" (rumusan umum untuk karbohidrat) menandai adanya bahan organik (Reaksi menunjukkan Tabel hasil bersih dari proses biokimia multi-step yang kompleks).

Donor elektron menghasilkan kebanyakan energi pada umumnya menentukan jenis utama pernapasan didalam lingkungan tertentu. Oleh karena itu, ketika oksigen hadir, pernapasan aerobik adalah bentuk pernapasan utama. Denitrifikasi adalah reaksi yang paling giat kedua didalam Tabel. Oleh karena itu, ketika oksigen dihabiskan, nitrat menjadi akseptor elektron yang lebih disukai, yang diikuti oleh mangan dan iron oksida, dan akhirnya sulfate (SO42-). Urutan reaksi redox ini sering diamati di lingkungan yang tidak berhubungan dengan atmospir, mencakup sedimen, tanah dibanjiri, dan sistem aquifer. Pada nitrifikasi (dua baris terakhir [dalam Tabel) jenis N bertindak sebagai donor elektron.

Nb: dari berbagai sumber.