T3.1 Nitrogen og gødning

NoteDet skal du kunne
  • forklare, hvorfor planter ikke kan bruge nitrogenet i luften
  • skrive formlerne for de vigtigste nitrogenforbindelser i gødning
  • beregne masseprocenten af nitrogen i en gødning
  • forklare, hvorfor nitrat vaskes ud af jorden, mens ammonium bliver siddende

Luften er fuld af nitrogen. 78 % af luftens molekyler er N2. Alligevel er mangel på nitrogen det, der oftest begrænser, hvor meget der kan gro på en mark. Derfor gøder landmanden. Men det nitrogen, planterne ikke når at optage, forsvinder ikke. En del af det ender i vandet. I daglig tale kaldes nitrogen for kvælstof.

Siden bygger på ioner og ionforbindelser fra afsnit 2.3 og på masseprocent fra afsnit 5.1 i bogen til C-niveau.

Nitrogen, som planterne ikke kan bruge

Planter skal bruge nitrogen til at bygge proteiner. Alle aminosyrer har en aminogruppe med et nitrogenatom, som du så i afsnit B7.7.

I nitrogenmolekylet holdes de to atomer sammen af en tripelbinding. Den er en af de stærkeste bindinger, der findes, og derfor reagerer N2 næsten ikke med noget. Planter kan ikke bryde bindingen. De optager i stedet nitrogen gennem rødderne som to ioner:

  • nitrationen, NO3−
  • ammoniumionen, NH4+

Fra luft til gødning

For godt hundrede år siden fandt tyske kemikere en måde at bryde tripelbindingen på. De lod nitrogen fra luften reagere med hydrogen ved højt tryk og med jern som katalysator:

N2(g) + 3 H2(g) ⇌ 2 NH3(g)

Metoden kaldes Haber-Bosch-processen. Reaktionen er en ligevægt. Til venstre er der 4 mol gas og til højre kun 2 mol, så et højt tryk forskyder ligevægten mod ammoniak. Det kender du fra afsnit B2.6.

Af ammoniak laves salpetersyre, HNO3, og de to stoffer giver tilsammen saltet ammoniumnitrat:

NH3(g) + HNO3(aq) → NH4NO3(aq)

Gødning, der er lavet på fabrik, kaldes kunstgødning. Kunstgødning er med til at skaffe mad til omkring halvdelen af Jordens befolkning.

Gødning Formel Nitrogenet findes som
ammoniumnitrat NH4NO3 ammoniumioner og nitrationer
calciumnitrat Ca(NO3)2 nitrationer
urea CO(NH2)2 et molekyle, som bliver til ammonium i jorden
gylle en blanding ammoniumioner og organiske stoffer med nitrogen

Gylle er husdyrenes gødning. Den indeholder det nitrogen, dyrene har fået gennem foderet, men ikke har brugt.

NoteEksempel: nitrogen i ammoniumnitrat

Hvor mange procent af massen i ammoniumnitrat er nitrogen?

Trin 1: molarmassen

Formlen NH4NO3 har 2 nitrogenatomer, 4 hydrogenatomer og 3 oxygenatomer.

\[ M(\mathrm{NH_4NO_3}) = (2 \cdot 14{,}01 + 4 \cdot 1{,}008 + 3 \cdot 16{,}00)\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} = 80{,}05\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} \]

Trin 2: massen af nitrogen i 1 mol

\[ m(\mathrm{N}) = 2 \cdot 14{,}01\ \mathrm{g} = 28{,}02\ \mathrm{g} \]

Trin 3: masseprocenten

\[ \text{masseprocent} = \frac{28{,}02\ \mathrm{g}}{80{,}05\ \mathrm{g}} \cdot 100\ \% = 35{,}0\ \% \]

Konklusion

35,0 % af massen i ammoniumnitrat er nitrogen. I en sæk med 100 kg ammoniumnitrat er der altså 35,0 kg nitrogen.

Nitrat sidder ikke fast i jorden

De to ioner opfører sig meget forskelligt i jorden. Jordens små partikler af ler og plantedele har negative ladninger på overfladen.

Figur 1: Jordens partikler holder på ammonium, men ikke på nitrat.
  • Ammoniumionen er positiv. Den bliver tiltrukket af jordpartiklerne og sidder fast på dem.
  • Nitrationen er negativ. Den bliver frastødt af jordpartiklerne.

Nitrat danner heller ikke bundfald. Alle nitrater er letopløselige, som du kan se i fældningstabellen i bogen til C-niveau. Nitrationerne bliver derfor i vandet mellem jordpartiklerne og følger med, når vandet siver nedad.

Ammonium bliver ikke ved med at være ammonium. Bakterier i jorden laver det om til nitrat, og det kan du læse om i T3.2 Nitrogenkredsløbet.

Fra marken til vandet

Figur 2: Den nitrat, planterne ikke optager, ender i grundvandet og i åerne.

Planterne optager kun en del af gødningens nitrogen. Resten af nitraten følger regnvandet væk fra rødderne. Det kaldes udvaskning. Nitraten kan ende to steder:

  • Den kan sive ned til grundvandet, som vandværkerne pumper op til drikkevand.
  • Den kan løbe gennem dræn ud i åerne og videre ud i søer og fjorde.

Udvaskningen er størst om efteråret og om vinteren. Så regner det meget, og der står ikke planter på marken, som kan optage nitraten. Derfor er der regler for, hvor meget der må gødes, og hvornår det må ske.

NoteKort sagt
  • Planter kan ikke bruge N2 fra luften. De optager nitrogen som nitrat, NO3−, og ammonium, NH4+.
  • I Haber-Bosch-processen bliver nitrogen og hydrogen til ammoniak, som bruges til kunstgødning.
  • Ammoniumioner er positive og sidder fast på jordens negative partikler.
  • Nitrationer er negative og letopløselige. De følger vandet.
  • Den nitrat, planterne ikke optager, vaskes ud til grundvandet og til åer, søer og fjorde.

Se alle opgaver til emnet “Nitrogen og gødning” (T3.1)