为什么空气中的氮气不能直接用作氮肥

早在1895年，英国科学家克鲁克斯就曾发表过震惊世界的演讲：“由于大洋彼岸智利的硝石矿蕴藏量有限，矿藏资源日益枯竭。一旦没有了智利硝石，那么欧洲土地中的氮会日渐减少，收成便会一落千丈。”他向全世界的化学家发出呼吁，要全力以赴，解除“氮荒”的威胁。

克鲁克斯的演讲是不是危言耸听、杞人忧天呢？我们都知道空气中含有78%（体积）的氮气，怎么会有“氮荒”呢？

植物在光合作用时，吸收二氧化碳和水中的碳、氢、氧三种元素，就可合成淀粉、纤维素和脂肪。可是构成生命的基础——蛋白质，除了含有碳、氢、氧三种元素外，一般都含有16.5%的氮。因为，蛋白质是由20多种氨基酸相互结合而成的复杂化合物。每种氨基酸中都含有氨基，氨基中都含有氮。可以这样说，没有蛋白质就没有生命，而没有氮，也就没有蛋白质。

尽管空气中有大量的氮，其总量为4000万亿吨，平均每平方公里的上空就有氮近1000万吨。不过，空气中的氮都以氮气形式存在，植物不能吸收。就好像航行在大海中的人们，虽然到处都是水，却很难获得可以解渴的水。这是因为空气中的氮气分子，是由两个氮原子以牢固的化学键结合在一起。所以，氮气在常温常压下，性质稳定，个性孤独。虽然，氮气笼罩着植物，可是植物仍然患“氮素缺乏症”。

植物只能吸收含氮化合物中的氮元素。某些豆科植物的根瘤菌能将氮气变成氮的化合物供植物吸收。雷雨时，闪电会使空气中的氮气变成氮的化合物，随雨水落到田里。人们还把植物的茎叶、动物和人的排泄物施放到田里。这一切都增加了一些土地里的含氮的化合物，但是跟植物从土地里吸收的氮素相比，真是杯水车薪，入不敷出。长此以往，土地中的氮素越来越少，不是要发生“氮荒”吗？可见，克鲁克斯的大声疾呼是有科学根据的，人们必须居安思危。

田地的植物因缺乏氮而敖敖待哺，而空气中大量的氮气却在飘忽游荡，爱莫能助。一定要想办法把空气中的氮气，变成植物能吸收的氮的化合物。

从本世纪初开始，就有化学家研究把空气中的氮气变成氮的化合物，称为氮的人工固定。经过无数次的挫折和失败，人们终于找到了办法。当把氮气和氢气的混和气体，在高温（约500℃左右），高压（约30000百帕）下，应用铁作催化剂，可以生成氮氢的化合物——氨。然后将氨制成硫酸铵、碳酸氢铵、磷酸铵、硝酸铵或尿素等各种氮肥。

如果将一平方千米土地上空的氮素全部制成氮肥，把这些氮肥施到田里，可以增产粮食四百多亿千克，将使我国每人每年增加口粮约40千克。

我国已经建立起规模宏大的化肥工业。化学工作者的光荣职责，就是要用最低的消耗，从空气中索取更多的肥料，为农业现代化提供大量的化肥，生产更多的粮食和农副产品。