A nitrogén (vegyjele: N) a periódusos rendszer 7. elemének számít, rendszáma 7. Színtelen, szagtalan, íztelen gáz halmazállapotú anyag normál körülmények között. A Földünk légkörének mintegy 78%-át nitrogén alkotja, így a levegő legnagyobb részét ez az elem teszi ki.
A nitrogén a nemfémes elemek közé tartozik, és a periódusos rendszer 15. (nitrogén) csoportjának a névadója. Elektronszerkezete miatt rendkívül stabilis, kis reakciókészségű anyag. Atomjának elektronszerkezete: 1s^2 2s^2 2p^3.
A nitrogén a természetben elemi állapotban, kétatomos molekulaként (N2) fordul elő a légkörben. Ezen kívül számos vegyület formájában is megtalálható, mint például ammónia (NH3), nitrátok (NO3-), nitritek (NO2-) vagy különböző szerves vegyületek alkotóelemeként.
A nitrogén biológiai szerepe
Az élőlények számára a nitrogén esszenciális elem, mivel a fehérjék, nukleinsavak, számos vitamin és egyéb létfontosságú vegyületek felépítésében vesz részt. Annak ellenére, hogy a légkörben nagy mennyiségben jelen van, a legtöbb élőlény nem képes közvetlenül a légköri nitrogént hasznosítani.
A növények a talajból veszik fel a nitrogént, oldott formában, nitrát (NO3-) vagy ammónium (NH4+) ionok formájában. Ezeket aztán aminosavakká alakítják, melyekből felépülnek a növényi fehérjék. Az állatok a növényekkel táplálkozva jutnak hozzá a számukra szükséges nitrogénhez.
Egyes baktériumok képesek a légköri nitrogén megkötésére és a növények számára felvehető formává alakítására. Ezt a folyamatot nevezzük biológiai nitrogénfixációnak, mely kulcsfontosságú a nitrogén körforgásában.
A nitrogén ipari és mezőgazdasági felhasználása
A nitrogén ipari előállítása és felhasználása rendkívül sokrétű. Az ammóniagyártás a Haber-Bosch eljárással történik, melynek során hidrogéngáz és nitrogéngáz reakciójával állítják elő az ammóniát magas hőmérsékleten és nyomáson. Az így nyert ammónia jelentős része a műtrágyaipar alapanyagaként hasznosul.
A nitrogénműtrágyák elengedhetetlenek a modern mezőgazdaság számára, mivel pótolják a talaj nitrogénkészleteit, ezáltal növelik a terméshozamot. A leggyakrabban használt nitrogéntartalmú műtrágyák az ammónium-nitrát, karbamid, ammónium-szulfát.
Egyéb ipari alkalmazások közé tartozik a salétromsav előállítása, mely fontos vegyipari alapanyag. Ezen kívül a nitrogén felhasználható védőgázként hegesztésnél, hőkezelésnél az oxidáció megakadályozására. Cseppfolyós nitrogént alkalmaznak kriogén hűtésre is.
Környezeti hatások
Bár a nitrogén alapvetően nem mérgező, a nitrogénvegyületek nagy koncentrációja káros lehet a környezetre. A mezőgazdaságból és az iparból származó nitrogénterhelés hozzájárulhat a vizek eutrofizációjához, az ózonréteg elvékonyodásához, savas esők kialakulásához.
A nitrogén-oxidok (NOx) a fosszilis tüzelőanyagok égetésekor keletkeznek, és a fotokémiai szmog fő összetevői. Ezen kívül üvegházhatású gázként is számontartják őket, így közvetett módon befolyásolják a globális éghajlatváltozást.
A nitrogénterhelés csökkentése érdekében fontos a műtrágyák okszerű használata, a szennyvizek megfelelő tisztítása, valamint az ipari kibocsátások mérséklése. A fenntartható nitrogéngazdálkodás kulcsfontosságú a környezet védelme és az ökoszisztémák egyensúlyának megőrzése szempontjából.