Nitrogen

Nitrogen
(AKA BOGOR)

BAB 1

PENDAHULUAN

Nitrogen secara resmi ditemukan oleh Daniel Rutherford pada 1772, yang menyebutnya udara beracun atau udara tetap. Dia memisahkan oksigen dan karbon dioksida dari udara dan menunjukkan gas yang tersisa tidak menunjang pembakaran atau mahluk hidup.  Pengetahuan bahwa terdapat pecahan udara yang tidak membantu dalam pembakaran telah diketahui oleh ahli kimia sejak akhir abad ke-18 lagi. Nitrogen juga dikaji pada masa yang lebih kurang sama oleh Carl Wilhelm Scheele, Henry Cavendish, dan Joseph Priestley, yang menyebutnya sebagai udara terbakar atau udara telah flogistat. Mereka menamakan gas ini udara tanpa oksigen.

Gas nitrogen adalah cukup lemas sehingga dinamakan oleh Antoine Lavoisier sebagai azote, dari pada perkataan Yunani αζωτος yang bermaksud "tak bernyawa". Istilah tersebut telah menjadi nama kepada nitrogen dalam perkataan Perancis dan kemudiannya berkembang ke bahasa-bahasa lain.

Senyawa nitrogen diketahui sejak Zaman Pertengahan Eropa. Ahli alkimia mengetahui asam nitrat sebagai aqua fortis. Campuran asam hidroklorik dan asam nitrat dinamakan akua regia, yang diakui karena kemampuannya untuk melarutkan emas. Kegunaan senyawa nitrogen dalam bidang pertanian dan perusahaan pada awalnya ialah dalam bentuk kalium nitrat,terutama dalam penghasilan serbuk peledak (garam mesiu), dan kemudiannya, sebagai baja dan juga stok makanan ternak kimia.

Nitrogen cair mengalami suatu efek yang dikenal dengan efek Leidenfrost. Efek Leidenfrost adalah suatu fenomena yang hanya terjadi ketika suatu cairan kontak dengan benda yang temperaturnya jauh di atas titik didih cairan tersebut, yakni di antara cairan dan permukaan benda tersebut terbentuk suatu lapisan gas insulator yang menjaga cairan dari segera mendidih atau menguap. Contoh lain dari efek Leidenfrost adalah, celupkan jari anda ke dalam air, dan dalam keadaan basah tersebut, celupkan jari anda ke timbal cair (kira-kira temperaturnya 327,46 ^oC), maka jari anda tidak akan apa-apa. Tapi ingat, efek ini hanya berlaku pada cairan, tidak berlaku pada padatan atau cairan kental seperti lumpur, dan dalam tempo yang sebentar saja. Kalau lama-lama, tetap saja terasa dingin (dalam kasus nitrogen cair, cryogenic) dan panas (dalam kasus timbal cair) dan mematikan.

Nitrogen adalah salah satu unsur golongan VA yang merupakan unsur non logam dan gas yang paling banyak di atmosfir bumi. Nitrogen merupakan unsur yang relatif stabil, tetapi membentuk isotop-isotop yang 4 empat di antaranya bersifat radioaktif. Nitrogen tidak menopang kehidupan, nitrogen tidak beracun. Nitrogen tidak mudah terbakar dan tidak memperbesar pembakaran. Pada suhu yang rendah nitrogen dapt berbentuk cairan atau bahkan kristal padat yang tidak berwarna (bening).

 Nitrogen merupakan molekul diatomik yang memiliki ikatan rangkap tiga Energi ikatnya cukup tinggi sehingga sangat sabil dan sulit bereaksi. Karena itu,  kebanyakan entalpi dan energi bebas pembentukan senyawa nitrogen bertanda positif. Molekul nitrogen ini sangat ringan dan nonpolar, sehingga gaya van der waals antar molekul sangat kecil. Gas ini masuk dan keluar tubuh manusia sewaktu bernafas tanpa berubah. Nitrogen sangat diperlukan digunakan sebagai pembuatan senyawa penting seperti amonia dan urea. Karena kestabilan yang tinggi, nitrogen dipakai untuk gas pelindung gas oksigen dalam pabrik kimia, industri logam,dan dalam pembuatan komponen elektronika. Nitrogen cair juga di gunakan untuk membekukan makanan secara cepat.

Komponen utama udara adalah nitrogen yang memiliki sifat – sifat fisik sangat dekat dengan oksigen sehingga menyulitkan dalam proses pemisahan oksigen dan nitrogen. Nitrogen tidak mendukung pemakaran, dan karena nitrogen adalah suatu gas yang tergolong asphyxiant, maka seseorang dalam lingkungan yang kaya akan nitrogen akan sangat cepat kehilangan kesadaran dan dapat meninggal dunia.

BAB II

PEMBAHASAN

A.   Nitrogen

Nitrogen merupakan unsur non logam. Diantara unsur golongan VA hanya Nitrogen yang dapat membentuk ikatan ganda diantara atom-atomnya (N₂) yang stabil. Kondisi dalam kamar bersifat gas tidak berwarna, titik didih -196^oC. Bilangan Oksidasi Nitrogen secara umum -3, +3, +5.

Sifat – sifat Fisika dan Kimia Nitrogen

·         Mempunyai massa atom = 14,0067 sma

·         Mempunyai nomor atom =7

·         Titik didih = -196⁰C

·         Titik beku = -210⁰C

·         Mempunyai jari-jari atom = 0,920 A

·         Mempunyai Konfigurasi [He]2s² 2p³

·         Dalam senyawa memiliki bilangan oksidasi -3, +5, +4, dan +2.

·         Mempunyai volume atom = 17,30 mol/cm³

·         Mempunyai struktur heksagonal

·         Mempunyai massa jenis = 1,2151 gram/cm³

·         Mempunyai kapasitas panas = 1,042 J/g⁰K 

·         Mempunyai energi ionisasi ke-1 = 1402,3 kJ/mol

·         Mempunyai energi ionisasi ke-2 = 2856 kJ/mol

·         Mempunyai energi ionisasi ke-3 = 45781 kJ/mol

·         Mempunyai nilai elektronegativitas = 3,04

·         Mempunyai konduktivitas kalor = 0,02598 W/m^oK

·         Mempunyai harga entalpi pembentukan = 0,36 kJ/mol

·         Mempunyai harga bentalpi penguapaan = 2,7928kJ/mol

·         Berat Jenis Relatif  = 0,967

·         Berat Molekul = 28,013

·         Suhu Kritis = -147,1 ° C

·         Berat Jenis Gas (101,3 kPa dan 15 °C) = 1,170 kg/m³

·         Daya larut dalam air (101,3 kPa dan 20 °C) =  0,016 cm³/cm³

·         Berupa gas tidak berwarna, tidak berasa, tidak berbau, dan tidak beracun.

·         Mudah menguap dan Tidak reaktif 

·         Bersifat diamagnetik dan keelektronegatifannya paling tinggi dalam satu golongan.

B.   Sumber dan Pembuatan Nitrogen

Sumber-sumber Nitrogen

Gas nitrogen (N₂) terkandung sebanyak 78,1% di udara. Sebagai perbandingan, atmosfir Mars hanya mengandung 2,6% nitrogen. Dari atmosfir bumi, gas nitrogen dapat dihasilkan melalui proses pencairan (liquefaction) dan distilasi fraksi. Nitrogen ditemukan pada mahluk hidup sebagai bagian senyawa-senyawa biologis.

Kelimpahan Nitrogen

 Nitrogen terdapat di alam sebagai unsur bebas berupa molekul diatomik (N₂) kira-kira 78,09% volume atmosfir. Dijumpai dalam mineral penting seperti (KNO₃), dan sendawa Chili (NaNO₃). Pada tumbuhuan dan hewan, nitrogen berupa bentuk protein yang komposisi rata-ratanya 51% C; 25% O; 16% N; 7% H; 0,4%P; dan 0,4% S.

Proses Pembuatan Nitrogen                     

1.      Di laboratorium dari dekomposisi termal senyawa amonium nitrit  CNH4NO2

dengan cara dipanaskan. Reaksinya seperti berikut :

CNH4NO2 (S )  à N2( g ) + 2H2O  

2. Dalam industri, dengan cara destruksi bertingkat dan pencairan (destilasi udara

cair) karena N2  mempunyai titik didih rendah daripada O2  maka ia lebih dahulu

menguap sebagai fraksi pertama

3. Secara spektroskop  N2 murni di buat dengan dekomposisi termal Natrium

Barium Azida. Berikut reaksinya:

2NaN3 à 2Na+  3N2

4. Pemanasan NH4NO2 melalui reaksi sebagai berikut :

NH4NO2 N2 + 2H2O

5. Oksidasi NH3 melalui reaksi sebagai berikut :

2NH3 + 3CuO à N2 + 3Cu + 3H2O

C.   Senyawa Nitrogen

Senyawaan nitrogen terbagi menjadi :

1. Nitrida ( senyawa metal nitrogen )

2. Nitrida Hidrida ( NH₃), garam amonium, hidrasin N₂H₄, hidroksilamin NH₂OH )

3. Oksida nitrogen ( N₂O, NO, NO₂, N₂O₅ )

4. Ion nitronium ( NO₂⁺ )

5. Asam nitrit

1) Amonia

Amonia adalah senyawa kimia dengan rumus NH₃. Biasanya senyawa ini didapati berupa gas dengan bau tajam yang khas (disebut bau amonia). Walaupun amonia memiliki sumbangan penting bagi keberadaan nutrisi di bumi, amonia sendiri adalah senyawa kaustik dan dapat merusak kesehatan. Administrasi Keselamatan dan Kesehatan Pekerjaan Amerika Serikat memberikan batas 15 menit bagi kontak dengan amonia dalam gas berkonsentrasi 35 ppm volum, atau 8 jam untuk 25 ppm volum. Kontak dengan gas amonia berkonsentrasi tinggi dapat menyebabkan kerusakan paru-paru dan bahkan kematian Sekalipun amonia di AS diatur sebagai gas tak mudah terbakar, amonia masih digolongkan sebagai bahan beracun jika terhirup, dan pengangkutanamonia berjumlah lebih besar dari 3.500 galon (13,248 L) harus disertai surat izin.Amonia yang digunakan secara komersial dinamakan amonia anhidrat. Istilah ini menunjukkan tidak adanya air pada bahan tersebut. Karena amonia mendidih di suhu -33°C, cairan amonia harus disimpan dalam tekanan tinggi atau temperatur amat rendah.

Walaupun begitu, kalor penguapannya amat tinggi sehingga dapat ditangani dengan tabung reaksi biasa di dalam sungkup asap. "Amonia rumah" atau amonium hidroksida adalah larutan NH₃ dalam air. Konsentrasi larutan tersebut diukur dalam satuan baum é.

Produk larutan komersial amonia berkonsentrasi tinggi biasanya memiliki konsentrasi 26 derajat baumé (sekitar 30 persen berat amonia pada 15.5 °C). Amonia yang berada dirumah biasanya memiliki konsentrasi 5 hingga 10 persen berat amonia.

Pembuatan

Pada proses Haber, ammonia disintesis dengan cara melewatkan campuran nitrogen dan hidrogen di atas permukaan katalisator (umumnya besi oksida) pada suhu 500^oC dan tekanan 1000 atm, yang rata-rata dapat mengkonversi 50% N₂ menjadi NH₃.

N₂(g) + 3H₂(g) = 2NH₃(g) + 22 kkal

Kegunaan

1. Sebagai pupuk (kompos maupun urea)

2. Disinfectan

3. Bahan bakar

4. Pelarut senyawa organik, anorganik, dan logam

5. Bahan pembuatan asam nitrat

2) Asam Nitrat

Asam nitrat, HNO₃ merupakan salah satu asam anorganik yang penting dalam industri dan laboratorium, sehingga diproduksi dalam jumlah yang banyak sekali.

Pembuatan asam nitrat ini pada prinsipnya menggunakan cara oksidasi katalitik ammonia pada proses Oswald

Pembuatan

Asam nitrat adalah merupakan satu jenis bahan kimia industri yang penting, diproduksi dalam skala besar dengan proses Haber-Bosch dan biasanya sangat erat dengan produksi ammonia, NH₃. Langkah pertama adalah oksidasi NH₃ menjadi NO. Setelah pendinginan, NO dicampur dengan udara dan diabsorbsi di dalam suatu aliran air.

Reaksi-reaksi di bawah ini adalah langkah-langkah reaksi menghasilkan HNO₃ ≈ 60% (berat) dan konsentrasi-nya dapat dinaikkan menjadi 68% dengan cara destilasi, proses ini dikenal dengan proses Oswald :

4 NH₃(g) + 5 O₂(g) → 4 NO(g) + 6 H₂O(g)

2 NO(g) + O₂(g) → 2 NO₂(g)

3 NO₂(g) + H₂O(l) → 2 H⁺(aq) + 2 NO₃^-(aq) + NO(g)

Pada tahap pertama, campuran NH₃ dan udara dilewatkan melalui kumparan platina yang dipanaskan pada temperatur 800^oC. Pada pendinginan, produk nitrogen oksida (NO) dioksidasi menjadi nitrogen dioksida (NO₂), yang kemudian mengalami disproporsionasi dalam larutan membentuk asam nitrat dan NO. Dengan cara memberikan konsentrasi O₂ yang cukup tinggi, NO sisa akan diubah menjadi NO₂ dan reaksi terakhir akan bergeser ke arah kanan. Untuk mendapatkan asam 100% dilakukan destilasi HNO₃ yang volatil. Asam nitrat murni dapat dibuat di laboratorium dengan cara menambahkan H₂SO₄ ke KNO₃ dan mendestilasi hasil reaksi in vacuo. Asam nitrat adalah cairan tak berwarna, tetapi harus disimpan dibawah temperatur 273 K untuk mencegah dekomposisi yang menyebabkan asam berwarna kuning

4 HNO₃→ 4 NO₂ + 2 H₂O + O₂

3) Nitrida

Selain ammonia dan garam ammonium, nitrogen membentuk senyawa lain dengan bilangan oksidasi -3 yang meliputi nitrida seperti Na₃N, Mg₃N, dan TiN, yang sebagian besar dapat dibentuk langsung dari kombinasi unsur-unsurnya. Sebagian dari senyawa ini, misalnya, Na₃N dan Mg₃N, sangat reaktif dan bereaksi dengan air membebaskan ammonia. Tetapi TiN sangat inert dan digunakan sebagai bahan pembuatan wadah reaksi suhu tinggi. Senyawa nitrogen tri-iodida (NI₃) dimasukkan kategori senyawa nitrogen dengan bilangan oksidasi -3, karena nitrogen lebih elektronegatif daripada iodium. Pada suhu kamar, NI₃ adalah zat padat yang sangat mudah meledak, bahkan seekor lalat yang hinggap di atasnya dapat menyebabkan timbulnya ledakan.

4) Azida

Natrium azida dapat diperoleh dari reaksi :

3 NaNH₂ + NaNO₃ ^175˚ NaN₃ + 3 NaOH + NH₃

Azida-azida logam berat mudah meledak, misalnya timbal atau air raksa azida, telah digunakan dalam sumbat bahan peledak. Asam azida murni, HN₃, adalah cairan yang mudah meledak dan berbahaya.

5) Hidrazin

Hidrasin, N₂H₄, dapat dianggap sebagai turunan dari ammonia dengan penggantian satu atom hidrogen oleh gugus NH₂. Hidrasin adalah basa difungsi

N₂H₄(aq) + H₂O à N₂H₅⁺ + OH^-          K₂₅ = 8,5 x 10^-7

N₂H₅⁺(aq) + H₂O à N₂H₆²⁺ + OH^-     K₂₅ = 8,9 x 10^-15

Dan dua deretan garam hidrasium dapat diperoleh. Garam N₂H₅⁺ dapat diperoleh dengan kristalisasi dari larutan aqua yang mengandung banyak kelebihan asam, karena garam ini biasanya kurang larut dibanding garam-garam monoasam. N₂H₄ anhidrat adalah cairan berasap dan tidak berwarna (titik didih 114^oC) dan stabil ditinjau dari sifat endotermisnya (ΔH^of = 50 kJ mol-1), dapat terbakar di udara dengan membebaskan panas

N₂H₄(l) + O₂(g) à N₂(g) + 2 H₂O   ΔH^o = -622 kJ mol^-1

Hidrasin aqua adalah suatu reduktor kuat dalam larutan basa, dalam keadaan normal dapat teroksidasi menjadi nitrogen. Hidrasin dibuat dengan interaksi larutan ammonia dengan natrium hipoklorit

NH₃ + NaOCl → NaOH + NH₂Cl (cepat)

NH₃ + NH₂Cl + NaOH → N₂H₄ + NaCl + H₂O

Tetapi dalam hal ini terjadi persaingan reaksi yang agak cepat segera setelah hidrasin terbentuk

2 NH₂Cl + N₂H₄ → 2 NH₄Cl + N₂

Untuk mengatasi hal ini, maka perlu ditambahkan gelatin

6) Hidroksilamin

Hidroksilamin, NH₂OH adalah basa yang lebih lemah dibanding NH₃.

NH₂OH(aq) + H₂O = NH₃OH+ OH^-    K₂₅ = 6,6 x 10^-9

Hidroksilamin dibuat dengan reduksi nitrat atau nitrit baik dengan elektrolisis maupun dengan SO₂ dalam keadaan yang dikontrol. Hidroksilamin adalah padatan putih yang tidak stabil. Dalam larutan aqua atau sebagai garamnya [NH₃OH]Cl atau [NH₃OH]₂SO₄, digunakan sebagai reduktor.

7) N₂O dan N₂O₄

Jika asam nitrat pekat direduksi oleh logam (misalnya Cu), maka akan dihasilkan asap coklat berupa gas nitrogen dioksida, NO₂. Molekul ini bersifat paramagnetik karena mengandung jumlah elektron valensi ganjil (lima dari nitrogen dan enam dari masingmasing oksigen). Jika gas coklat ini didinginkan, warnanya memudar dan keparamagnetannya hilang. Observasi ini ditafsirkan sebagai petunjuk bahwa dua molekul NO₂ berpasangan (dimerisasi) membentuk satu molekul dinitrogen tetroksida, N₂O₄, dalam kesetimbangan

2 NO₂(g) à N₂O₄(g)   + 14,6 kkal

sedemikian pada 60^oC dan tekanan 1 atm separuh nitrogen berupa NO₂ dan separuhnya lagi berupa N₂O₄. Kalau suhu dinaikkan, dekomposisi N₂O₄ lebih disukai. Campuran NO₂^-N₂O₄ sangat beracun dan merupakan oksidator kuat. Sedangkan campuran N₂O₄ cair dan derivate hidrazin telah digunakan sebagai bahan bakar pesawat ruang angkasa Apollo 12 dalam missi penerbangannya ke bulan, karena bahan bakar ini cocok untuk melakukan landing dan take off di permukaan bulan. N₂O₄ adalah merupakan oksidator kuat dan bila mengadakan kontak dengan suatu derivate hidrazin, misalnya MeNHNH₂ dengan segera akan teroksidasi seperti reaksi berikut:

5N₂O₄ + 4MeNHNH₂ → 9N₂ + 12H₂O + 4CO₂

dan reaksi ini sangat eksotermik yang pada temperatur operasi semua produk reaksi adalah gas. Seperti telah disebut dalam kaitannya dengan proses Ostwald, NO₂, atau lebih tepatnya campuran NO₂ dan N₂O₄, larut dalam air membentuk HNO₃ dan NO.

8) N₂O₅

Selain pada asam nitrat dan nitrat, nitrogen dengan bilangan oksidasi +5 ditemui pada nitrogen pentoksida, N₂O₅. Senyawa ini merupakan asam anhidrat dari HNO₃ yang dapat dihasilkan dari reaksi asam nitrat pekat dengan senyawa dehidrator kuat seperti fosfor oksida, P₄O₁₀. Pada suhu kamar, N₂O₅ berupa padatan putih yang mengalami dekomposisi secara lambat menjadi NO₂ dan O₂. Dengan air, N₂O₅ bereaksi sangat hebat membentuk HNO₃.

D.   Identifikasi Nitrogen

Identifikasi senyawaan Nitrogen:

NO₂^-

      Ion nitrit dapat diidentifikasi degan uji Giess-Ilosvay.uji ini berdasarkan reaksi diazotisasi asam sulfanilat oleh asam nitrit, yang diikuti dengan reaksi kopling dengan α-naftilamina membentuk suatu zat pewarna azo yang berwarna merah.

NO₃^-

      Identifikasi ion nitrat menggunakan pereaksi difenilamina. Sampel yang diduga mengandung nitrat dituangkan dengan hati-hati sepanjang sisi tabung uji, sehingga membentuk suatu lapisan di atas larutan pereaksi. Sebuah cincin biru terbentuk pada zona persentuhan antara kedua cairan/

CN^-

      Uji dilakukan dengan pereaksi tembaga sulfida. Larutan-larutan sianida mudah melarutkan tembaga(II) sulfida membentuk ion tetrasianokuprat(I) yang tak berwarna. Reaksi tang terjadi:

2CuS_(s) + 10 CN^-_(aq) à 2[Cu(CN)₄]^3-_(aq) + 2S^2-_(aq) + (CN)_2(g)

SCN^-

      Identifikasi ion tiosianat dilakukan dengan penambahan larutan besi(III) klorida. Akan terbentuk warna merah karena terbentuk senyawa kompleks.

SCN^-_(aq) + Fe³⁺_(aq) ↔ Fe(SCN)_3(aq)­  

E.   Kegunaan Nitrogen

Nitrogen cair banyak digunakan sebagai sumber pendingin dan dengan demikian mempunyai peranan dalam akumulator pendingin.

Nitrogen digunakan di berbagai bidang :

·         Dalam bentuk amonia nitrogen digunaksn sebagai bahan pupuk, obat-obatan, asam nitrat, urea, hidrasin, amin, dan pendingin

·         Asam nitrat digunakan dalam pembuatan zat pewarna dan bahan peledak.
Nitrogen sering digunakan jika diperlukan lingkungan yang inert, misalnya dalam bola lampu listrik untuk mencegah evaporasi filamen

·         Sedangkan nitrogen cair banyak digunakan sebagai refrigerant (pendingin) yang sangat efektif karena relatif murah

·         Banyak digunakan oleh laboratorium-laboratorium medis dan laboratorium- laboratorium penelitian sebagai pengawet bahan-bahan preservatif untuk jangka waktu yang sangat lama, misalnya pada bank sperma, bank penyimpanan organ-organ tubuh manusia, bank darah, dan sebagainya

·         Penyimpanan bahan-bahan yang mudah busuk : freezing, cooling, mengawetkan produk makanan dan minuman yang belum diolah pada suhu rendah, pengiriman dengan menggunakan truk pendingin

·         Penyimpanan produk-produk biologi: freezing, cooling, penyimpanan bersuhu rendah untuk darah, lapisan kulit ari dan sperma untuk inseminasi buatan

·         Bedah otak dan mata

·         Membuat tanda pengenal pada hewan

·         Metalurgi: shrink fitting, die inerting, impact test, rolling mill

·         Pekerjaan umum : soil freezing

·         Industri daur ulang : pendinginan badan mobil yang dibongkar, elektrik motor, bagian tengah kabel listrik

·         Pengerasan plastik sebelum dihancurkan atau digiling (cyro-grinding)

·         Pembuatan pesawat terbang : simulasi penerbangan

·         Industri nuklir : cryopumping, Penelitian ilmiah : research center Meteorologi

·         Industri elektronik : packaging, moisture control

·         Industri kimia : blanketing, inerting, purging, flushing.

Manfaat Nitrogen dalam Ekologi

Nitrogen sangatlah penting untuk berbagai proses kehidupan di Bumi. Nitrogen adalah komponen utama dalam semua asam amino, yang nantinya dimasukkan ke dalam protein, tahu kan kalau protein adalah zat yang sangat kita butuhkan dalam pertumbuhan. Nitrogen juga hadir di basis pembentuk asam nukleat, seperti DNA dan RNA yang nantinya membawa hereditas. Pada tumbuhan, banyak dari nitrogen digunakan dalam molekul klorofil, yang penting untuk fotosintesis dan pertumbuhan lebih lanjut. Meskipun atmosfer bumi merupakan sumber berlimpah nitrogen, sebagian besar relatif tidak dapat digunakan oleh tanaman. Pengolahan kimia atau fiksasi alami (melalui proses konversi seperti yang dilakukan bakteri rhizobium), diperlukan untuk mengkonversi gas nitrogen menjadi bentuk yang dapat digunakan oleh organisme hidup, oleh karena itu nitrogen menjadi komponen penting dari produksi pangan. Kelimpahan atau kelangkaan dari bentuk "tetap" nitrogen, (juga dikenal sebagai nitrogen reaktif), menentukan berapa banyak makanan yang dapat tumbuh pada sebidang tanah.

Fenomena alam, menyatakan bahwa atmosfir terdiri dari 79% Nitrogen (berdasarkan volume) sebagai gas padat N₂. Namun meskipun demikian, penyediaan makanan untuk kehidupan manusia dan hewan-hewan lainnya lebih dibatasi oleh nitrogen daripada unsur-unsur lainnya. Sebagai gas padat, N₂ tidak bereaksi dengan unsur-unsur lainnya untuk menghasilkan suatu bentuk nitrogen yang dapat digunakan oleh sebagian besar tanaman.

Peningkatan penyediaan nitrogen tanah untuk tanaman terdiri terutama dari meningkatnya jumlah pengikatan nitrogen secara biologis atau dengan penambahan pupuk baik sintetis juga non sintetis. Hal ini seolah-olah bertentangan, dimana unsur hara yang diabsorsi dari tanah dalam jumlah terbesar oleh tanaman adalah unsur hara yang sebagian besar sangat terbatas penyediaannya.

Adanya penambahan kesuburan alami dengan pupuk-pupuk komersil merupakan praktik pertanian modern. Walaupun demikian sebagian besar masyarakat modern menolak konsep komersial tersebut dengan alasan bahwa pupuk komersial mengandung bahan-bahan kimia beracun yang berbahaya bagi manusia, hewan dan lingkungan. Kenyataan bahwa nutriea itu memasuki tumbuhan dalam bentuk ion-ion, tidak perduli apakah asal pupuk itu organik atau anorganik.

1.  Ketersediaan dan Siklus Nitrogen

Nitrogen terdapat di dalam tanah dalam bentuk organik dan anorganik. Bentuk-bentuk organik meliputi NH₄⁺, NO₃^-, NO₂^-, NO₂, NO dan unsur N. Juga terdapat bentuk lain yaitu hidroksi amin (NH₂OH), tetapi bentuk ini merupakan bentuk antara, yaitu bentuk peralihan dari NH₄⁺, menjadi NO₂^- dan bentuk ini tidak stabil.

Penyediaan ion dalam tanah dapat dipandang dari sudut mineral dengan masukan dan kehilangan dari ekosistem dan laju transfer diantara komponen sistem.

Pendekatan ini berharga bagi nitrogen, dimana masukan karena curah hujan dan fiksasi serta kehilangan akibat pencucian dan denitrifikasi merupakan sebagian besar dari jumlah seluruhnya yang ada dengan siklus sistem tersebut. Untuk ion yang di absorbsi, masukan ini tidak berarti dibandingkan dengan dengan jumlah seluruhnya yang ada, termasuk kehilangana karena pencucian dalam tanah-tanah subur.

Siklus nitrogen adalah kompleks dan kompertemen organik merupakan bagian yang dominan, beberapa macam bakteri terlihat dalam pengubahan NH₄⁺ menjadi NO₃^- (Nitrobacter, Nitrosomonas, Nitrosococcus adalah yang paling penting), tetapi kedua bentuk itu dapat diambil oleh banyak tanaman dengan fasilitas yang sama.

Lebih penting lagi adalah produksi NH₄⁺ yang dihasilkan dari bahan organik yang dibawa oleh bermacam-macam fungsi dan bakteri. Perombak dekomposisi ini juga membutuhkan N, tetapi jika bahan mempunyai kandungan N rendah, bahan itu akan dipesatukan ke dalam biomassa dan tidak dibebaskan, sampai penyediaan karbon berkurang.

Rasio Carbon-Nitrogen (C/N) merupakan cara untuk menunjukkan gambaran kandungan Nitrogen relatif . Rasio C/N dari bahan organik merupakan petunjuk kemungkinan kekurangan nitrogen dan persaingan di antara mikroba-mikroba dan tanaman tingkat tinggi dalam penggunaan nitrogen yang tersedia dalam tanah.

Didalam siklusnya nitrogen di dalam tanah mengalami mineralisasi, sedangkan bahan mineral mengalami imobilisasi. Hasil yang diperoleh menunjukan bahwa N yang hilang ke atmosfir merupakan bagian terbesar. Secara teoritis, di simpulkan bahwa N yang terdapat di dalam tanah akan habis terangkut dalam waktu yang sangat lama dan sebagian besar N yang tertinggal didalam tanah sesudah tahun pertama bukan dalam bentuk nitrat tetapi dalam bentuk bahan organik .

Ketersediaan N tanah dipengaruhi oleh faktor-faktor lingkungan seperti iklim dan macam vegetasi yang kesemuanya dipengaruhi oleh keadaan setempat seperti topogrifi, batuan induk, kegiatan manusia dan waktu.

2.  Beberapa Aplikasi Untuk Mempertahankan Ketersediaan Nitrogen

Bahan organik meningkatkan produktifitas tanah melalui mineralisasi zat-zat hara. Bahan organik mempunyai kapasitas tukar kation yang tinggi, daya ikat air yang tinggi dan mampu meningkatkan sifat fisik tanah.

Penambahan sebagian besar nitrogen secara alami ketanah ditambahkan melalui fiksasi biologis simbiotik dan non simbiotik seperti melalui penamaan tanaman leguminosa dan pemberian Azolla. Bakteri Rhizobium yang hidup secara simbiotik pada bintil akar tanaman leguminosa memfiksasi nitrogen dengan enzim nitrogenase yang berkombinasi dengan molekul dinitrogen (N₂).

Nitrogen di dalam tanah terdapat dalam bentuk organik dan anorganik. Dengan komposisi nitrogen di atmosfir (79%), nitrogen masih merupakan faktor pembatas bagi penyediaan makanan bagi manusia dan hewan. Hal ini disebabkan karena sebagai gas padat, nitrogen tidak bereaksi dengan unsur-unsur lainnya agar dapat digunakan..

Faktor utama yang mempengaruhi keputusan pengelolaan mengenai penggunaan dan pemakaian pupuk adalah kehilangan nitrat karena pencucian denitrifikasi dan kehilangan nitrogen sebagai N₂, kehilangan amonia karena penguapan.

Proses-proses dalam Daur Nitrogen

Nitrogen hadir di lingkungan dalam berbagai bentuk kimia termasuk nitrogen organik, amonium (NH₄⁺), nitrit (NO₂^-), nitrat (NO₃^-), dan gas nitrogen (N₂). Nitrogen organik dapat berupa organisme hidup, atau humus, dan dalam produk antara dekomposisi bahan organik atau humus dibangun. Proses siklus nitrogen mengubah nitrogen dari satu bentuk kimia lain. Banyak proses yang dilakukan oleh mikroba baik untuk menghasilkan energi atau menumpuk nitrogen dalam bentuk yang dibutuhkan untuk pertumbuhan. Diagram di atas menunjukkan bagaimana proses-proses cocok bersama untuk membentuk siklus nitrogen.

1. Fiksasi Nitrogen

Fiksasi nitrogen adalah proses alam, biologis atau abiotik yang mengubah nitrogen di udara menjadi ammonia (NH₃). Mikroorganisme yang mem-fiksasi nitrogen disebut diazotrof. Mikroorganisme ini memiliki enzim nitrogenaze yang dapat menggabungkan hidrogen dan nitrogen. Reaksi untuk fiksasi nitrogen biologis ini dapat ditulis sebagai berikut :

N₂ + 8H⁺ + 8e−                  2NH₃ + H₂

Mikro organisme yang melakukan fiksasi nitrogen antara lain : Cyanobacteria, Azotobacteraceae, Rhizobia, Clostridium, dan Frankia. Selain itu ganggang hijau biru juga dapat memfiksasi nitrogen. Beberapa tanaman yang lebih tinggi, dan beberapa hewan (rayap), telah membentuk asosiasi (simbiosis) dengan diazotrof. Selain dilakukan oleh mikroorganisme, fiksasi nitrogen juga terjadi pada proses non-biologis, contohnya sambaran petir. Lebih jauh, ada empat cara yang dapat mengkonversi unsur nitrogen di atmosfer menjadi bentuk yang lebih reaktif :

a.    Fiksasi biologis : beberapa bakteri simbiotik (paling sering dikaitkan dengan tanaman polongan) dan beberapa bakteri yang hidup bebas dapat memperbaiki nitrogen sebagai nitrogen organik. Sebuah contoh dari bakteri pengikat nitrogen adalah bakteri Rhizobium mutualistik, yang hidup dalam nodul akar kacang-kacangan. Spesies ini diazotrophs. Sebuah contoh dari hidup bebas bakteri Azotobacter.

b. Industri fiksasi nitrogen : Di bawah tekanan besar, pada suhu 600⁰C, dan dengan penggunaan katalis besi, nitrogen atmosfer dan hidrogen (biasanya berasal dari gas alam atau minyak bumi) dapat dikombinasikan untuk membentuk amonia (NH₃). Dalam proses Haber-Bosch, N₂ adalah diubah bersamaan dengan gas hidrogen (H₂) menjadi amonia (NH₃), yang digunakan untuk membuat pupuk dan bahan peledak.

c. Pembakaran bahan bakar fosil : mesin mobil dan pembangkit listrik termal, yang melepaskan berbagai nitrogen oksida (NO_x).

d. Proses lain: Selain itu, pembentukan NO dari N₂ dan O₂ karena foton dan terutama petir, dapat memfiksasi nitrogen.

2. Asimilasi

Tanaman mendapatkan nitrogen dari tanah melalui absorbsi akar baik dalam bentuk ion nitrat atau ion amonium. Sedangkan hewan memperoleh nitrogen dari tanaman yang mereka makan.

Tanaman dapat menyerap ion nitrat atau amonium dari tanah melalui rambut akarnya. Jika nitrat diserap, pertama-tama direduksi menjadi ion nitrit dan kemudian ion amonium untuk dimasukkan ke dalam asam amino, asam nukleat, dan klorofil. Pada tanaman yang memiliki hubungan mutualistik dengan rhizobia, nitrogen dapat berasimilasi dalam bentuk ion amonium langsung dari nodul. Hewan, jamur, dan organisme heterotrof lain mendapatkan nitrogen sebagai asam amino, nukleotida dan molekul organik kecil.

3. Amonifikasi

Jika tumbuhan atau hewan mati, nitrogen organik diubah menjadi amonium (NH₄⁺) oleh bakteri dan jamur.

4. Nitrifikasi

Konversi amonium menjadi nitrat dilakukan terutama oleh bakteri yang hidup di dalam tanah dan bakteri nitrifikasi lainnya. Tahap utama nitrifikasi, bakteri nitrifikasi seperti spesies Nitrosomonas mengoksidasi amonium (NH₄⁺) dan mengubah amonia menjadi nitrit (NO₂^-). Spesies bakteri lain, seperti Nitrobacter, bertanggung jawab untuk oksidasi nitrit menjadi dari nitrat (NO₃^-). Proses konversi nitrit menjadi nitrat sangat penting karena nitrit merupakan racun bagi kehidupan tanaman.

Proses nitrifikasi dapat ditulis dengan reaksi berikut ini :

1.      NH₃ + O₂ → NO₂⁻ + 3H⁺ + 2e⁻

2.      NO₂⁻ + H₂O → NO₃⁻ + 2H⁺ + 2e

catatan :

 "Karena kelarutannya yang sangat tinggi, nitrat dapat memasukkan air tanah. Peningkatan nitrat dalam air tanah merupakan masalah bagi air minum, karena nitrat dapat mengganggu tingkat oksigen darah pada bayi dan menyebabkan sindrom methemoglobinemia atau bayi biru. Ketika air tanah mengisi aliran sungai, nitrat yang memperkaya air tanah dapat berkontribusi untuk eutrofikasi, sebuah proses dimana populasi alga meledak, terutama populasi alga biru-hijau.

Hal ini juga dapat menyebabkan kematian kehidupan akuatik karena permintaan yang berlebihan untuk oksigen. Meskipun tidak secara langsung beracun untuk ikan hidup (seperti amonia), nitrat dapat memiliki efek tidak langsung pada ikan jika berkontribusi untuk eutrofikasi ini." 

5. Denitrifikasi

Denitrifikasi adalah proses reduksi nitrat untuk kembali menjadi gas nitrogen (N₂), untuk menyelesaikan siklus nitrogen. Proses ini dilakukan oleh spesies bakteri seperti Pseudomonas dan Clostridium dalam kondisi anaerobik. Mereka menggunakan nitrat sebagai akseptor elektron di tempat oksigen selama respirasi. Fakultatif anaerob bakteri ini juga dapat hidup dalam kondisi aerobik.

Denitrifikasi umumnya berlangsung melalui beberapa kombinasi dari bentuk peralihan sebagai berikut:

NO₃⁻ → NO₂⁻ → NO + N₂O → N₂ (g)

Proses denitrifikasi lengkap dapat dinyatakan sebagai reaksi redoks:

2NO₃⁻ + 10e⁻ + 12H⁺ → N₂ + 6H₂O

6. Oksidasi Amonia Anaerobik

Dalam proses biologis, nitrit dan amonium dikonversi langsung ke elemen (N₂) gas nitrogen. Proses ini membentuk sebagian besar dari konversi nitrogen unsur di lautan. Reduksi dalam kondisi anoxic juga dapat terjadi melalui proses yang disebut oksidasi amonia anaerobik

DAFTAR PUSTAKA

·         http://www.suryabiru.co.id/nitrogen.htm

·         http://djeecintalaut.files.wordpress.com/2010/04/siklus-nitrogen2.jpg

·         http://www.scribd.com/doc/24553568/Makalah-Unsur-Nitrogen

·         http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia-sma-ma/minyak-bumi-kimia-sma-ma/oksida-nitrogen-no-dan-no2/

·         www.chem-is-try.org/tabel_periodik/nitrogen/

·         http://www.scribd.com/doc/45928392/identifikasi-nsp

·         http://www.scribd.com/doc/53406577/Rudi-Analisis-Unsur

·         Achmad, hiskia. 1992. Kimia unsur dan radiokimia. Bandung : Pt. Adhitia Bakti