Nitrogen Cair
Nitrogen pertama kali diisolasi oleh ilmuwan Inggris, Daniel Ruthherford, pada tahun 1722 dan dikenal sebagai salah satu gas unsur kimia oleh kimiawan Perancis, Antoine Laurent Lavoisier,pada tahun 1776. Nitrogen murni diperoleh dengan cara penyulingan fraksional dari udara cair. Karena Nitrogen cair memiliki titik didih lebih rendah daripada oksigen cair, nitrogen dapat menguap lebih dahulu daripada oksigen. Uap ini kemudian ditampung dan disimpan dalam tabung baja bertekanan tinggi. Dalam bentuk senyawa, nitrogen terdapat dalam protein hewani dan nabati serta ion nitrat berbagai mineral.
Sifat Nitogen
Nitrogen merupakan gas yang tidak berwarna, tidak berbau dan tidak berasa. Sebagai unsur, nitrogen bersifat inert (tidak reaktif), sehingga tidak mudah bereaksi dengan unsur lain, namun senyawa nitrogen terkenal reaktif. Meskipun relatif tidak reaktif, pada suhu dan tekanan yang tinggi ditambah dengan kehadiran katalis, nitrogen dapat bereaksi dengan unsur lain, seperti oksigen. Nitrogen dan oksigen dapat bersenyawa jika terjadi bunga api bertegangan tinggi atau sambaran petir dan akan membentuk senyawa oksida nitrogen (NO). Senyawa ini lalu bereaksi dengan oksigen lebih banyak lagi dari udara yang kemudian akan membentuk nitrogen dioksida (NO2).
Pemanfaatan Nitrogen
Nitrogen merupakan salah satu unsur penting bagi mahluk hidup di bumi. Tanaman membutuhkan senyawa nitrat dan amonium yang mengandung unsur nitrogen sebagai nutrisinya. Beberapa jenis bakteri di dalam tanah mengubah nitrogen dari atmosfer ke dalam bentuk senyawa seperti nitrat yang dapat diisap oleh tanaman dalam sebuah proses yang disebut fiksasi nitrogen. Manusia dan hewan juga memerlukan unsur nitrogen dalam bentuk protein.
Siklus Nitrogen di Atmosfer
Nitrogen juga banyak dimanfaatkan dalam industri kimia. Penggunaan terbesar nitrogen adalah untuk pembuatan amonia (NH3). Kebanyakan nitrogen yang digunakan dalam industri kimia diperoleh melalui proses penyulingan dari udara cair yang kemudian dimanfaatkan untuk mensintesis amonia. Dari amonia yang dibuat dengan cara ini, berbagai macam produk kimia dihasilkan, seperti pupuk urea, bahan pembuat asam nitrat, bahan peledak dan zat warna. Hampir semua pupuk mengandung nitrogen, terutama sebagai garam amonium. Pupuk kandang dan kotoran Kelalawar serta burung juga mengandung nitrogen selain fosfat. Adapun nitrogen cair dimanfaatkan sebagai pembeku cepat makanan dan pendingin.
Fiksasi Nitrogen
Fiksasi nitrogen adalah proses ketika nitrogen bereaksi membentuk suatu senyawa. Penggabungan langsung nitrogen dan hidrogen untuk membentuk amonia merupakan metode yang paling luas digunakan untuk fiksasi nitrogen buatan.
Fiksasi Nitrogen
Siklus Fiksasi Nitrogen
- Tanaman memperoleh unsur nitrogen melalui bantuan bakteri yang mengubah nitrogen di udara menjadi amonia dengan proses fiksasi nitrogen.
- Akar tanaman mendapat nitrogen yang sudah difiksasi dalam bentuk senyawa nitrat untuk nutrisi mereka.
- Hewan mendapat nitrogen dalam bentuk protein dengan memakan tanaman tersebut.
- Amonia terbentuk di dalam tanah melalui proses penguraian oleh tanaman dan juga kotoran hewan.
- Proses penguraian senyawa nitrat menjadi gas nitrogen dilakukan oleh bakteri pengurai yang cara kerjanya terbalik dengan bakteri yang memfiksasi nitrogen.
- Gas nitrogen yang telah menjadi unsur kemudian difiksasi kembali oleh bakteri, demikian begitu seterusnya.
Nitrogen adalah unsur murni yang paling umum di dalam tanah, menyusun 78,1% dari seluruh volume atmosfer. Terlepas dari hal ini, nitrogen tidak begitu melimpah di kerak bumi, hanya terdapat 19 bagian per juta, setara dengan niobium, galium dan litium. Satu-satunya mineral nitrogen yang penting adalah niter (kalium nitrat) dan sodaniter (natrium nitrat). Namun, keduanya tidak lagi menjadi sumber nitrat penting sejak tahun 1920an, ketika sintesis amonia dan asam nitrat berskala industri menjadi lumrah.
Senyawa nitrogen secara konstan mengalami pertukaran antara atmosfer dan organisme hidup. Nitrogen pertama kali harus diolah, atau difiksasi, menjadi bentuk yang dapat digunakan oleh tumbuhan, biasanya amonia. Beberapa fiksasi nitrogen terjadi akibat sambaran petir yang menghasilkan oksida nitrogen, tetapi sebagian besar dilakukan oleh bakteri diazotropik melalui enzim yang dikenal sebagai nitrogenase (meskipun saat ini fiksasi nitrogen industri menjadi amonia juga signifikan). Ketika amonia diasup oleh tanaman, amonia digunakan untuk mensintesis protein. Tanaman kemudian dimakan oleh hewan yang menggunakan senyawa nitrogen untuk mensintesis protein mereka sendiri dan mengekskresikan kotoran yang kaya nitrogen. Akhirnya, organisme ini mati dan terdekomposisi, mengalami oksidasi bakteri dan lingkungan serta denitrifikasi, mengembalikan dinitrogen bebas ke atmosfer. Fiksasi nitrogen industri dengan proses Haber sebagian besar digunakan sebagai pupuk, meskipun kelebihan limbah kaya nitrogen, ketika tercuci, menyebabkan eutrofikasi air tawar dan pembentukan perairan zona mati, karena pertumbuhan bakteri yang digerakkan nitrogen menekan oksigen air hingga titik di mana semua organisme tinggi mati. Selain itu, dinitrogen monoksida, yang dihasilkan selama proses denitrifikasi, menyerang lapisan ozon atmosferik.
Nitrogen pada Jellyfish menghasilkan cahaya
Banyak ikan air laut menghasilkan trimetilamina oksida dalam jumlah besar untuk melindungi mereka dari efek osmotik lingkungan mereka yang tinggi; perubahan senyawa ini menjadi dimetelamina adalah sunber awal bau tidak sedap ikan air laut yang tidak segar lagi. Pada hewan, radikal bebas nitrogen oksida (diturunkan dari asam amino) berperan sebagai molekul pengatur yang penting untuk sirkulasi.
Reaksi cepat nitrogen oksida dengan air dalam hewan menghasilkan produk nitrit dalam metabolitnya. Metabolisme nitrogen protein pada hewan, umumnya, berakhir pada ekskresi urea, sementara metabolisme asam nukleat pada hewan berujung pada ekskresi urea dan asam urat. Bau yang khas dari pembusukan daging hewan disebabkan oleh pembentukan amina rantai panjang, sepert tetra dan pentametilendiamina, yang merupakan produk pemecahan asam amino ornitin dan lisin, dalam penguraian protein.
Gas
Aplikasi senyawa nitrogen sangat beragam karena masifnya ukuran kelompok ini: oleh karena itu, hanya aplikasi nitrogen murni yang menjadi perhatian pada artikel ini. Dua per tiga nitrogen yang diproduksi oleh industri dijual sebagai gas dan sepertiga sisanya sebagai nitrogen cair. Sebagian besar gas tersebut digunakan sebagai atmosfer inert ketika oksigen di udara menyebabkan bahaya api, ledakan, atau oksidasi.
Beberapa contohnya meliputi:
- Sebagai atmosfer modifikasi, murni atau campuran dengan karbon dioksida, untuk menitrogenasi dan menjaga kesegaran pangan curah atau kemasan (dengan menunda ketengikan dan bentuk lain kerusakan oksidatif). Nitrogen murni sebagai bahan tambahan pangan di Uni Eropa diberi label dengan nomor E E941.
- Dalam bola lampu pijar sebagai alternatif ekonomis pengganti argon.
- Dalam sistem pemadam kebakaran untuk peralatan teknologi informasi (IT)
- Dalam pembuatan baja nitrat
- Dalam pengerasan permukaan baja dengan metode nitriding.
- Dalam beberapa sistem bahan bakar pesawat udara untuk mengurangi bahaya kebakaran.
- Untuk memompa ban mobil balap dan pesawat udara, mengurangi masalah yang disebabkan oleh uap air dan oksigen dalam udara alami.
Nitrogen cair
Nitrogen cair adalah cairan kriogenik. Ketika disimpan dalam wadah bertutup rapat yang tepat seperti labu Dewar, nitrogen cair dapat dipindahkan tanpa banyak mengalami kehilangan akibat penguapan.
Seperti es kering, penggunaan utama nitrogen cair adalah sebagai refrigeran. Di antara kegunaan lain, ia digunakan dalam kriopreservasi darah, sel reproduksi (sperma dan sel telur), dan bahan serta sampel biologi lainnya. Nitrogen cair digunakan dalam tindakan klinis untuk krioterapi untuk menghilangkan kista dan kutil pada kulit. Cairan ini digunakan dalam perangkap dingin untuk peralatan laboratorium tertentu dan untuk mendinginkan detektor infra merah atau detektor sinar X. Ia juga digunakan untuk mendinginkan unit pemroses sentral (central processing unit, CPU) dan peralatan lain di dalam komputer yang di overclock, dan yang menghasilkan lebih banyak panas pada pengoperasian normal. Penggunaan lain meliputi sebagai penggerus beku dan bahan mesin yang lunak atau elastis pada suhu ruang, komponen perakitan dan penghubung, dan yang lebih umum untuk memperoleh suhu sangat rendah kapanpun diperlukan (sekitar −200 °C). Saking murahnya, nitrogen cair juga sering digunakan meskipun suhu rendah tidak terlalu diperlukan, seperti pendingin makanan, pengecapan ternak, membekukan pipa untuk menghentikan aliran jika tidak terdapat katup, dan mengukuhkan tanah yang tidak stabil dengan pembekuan setiap kali bagian bawahnya digali.
Keselamatan
Meskipun nitrogen tidak beracun, jika dilepaskan ke dalam ruang tertutup ia dapat menyingkirkan oksigen, sehingga menyebabkan bahaya asfiksia. Hal ini dapat terjadi dengan gejala yang minimal, karena badan manusia memiliki sistem penginderaan hipoksia (kekurangan oksigen) yang buruk serta lambat. Contohnya terjadi sesaat sebelum peluncuran misi pesawat ulang-alik pertama pada tahun 1981, ketika dua orang teknisi meninggal akibat asfiksia setelah mereka berjalan menuju suatu ruangan di dalam Mobil Launcher Platform yang diberi tekanan menggunakan nitrogen murni sebagai pencegah kebakaran.
Nitrogen larut dalam darah dan lemak tubuh. Dekompresi yang cepat (seperti ketika penyelam naik terlalu cepat ke permukaan, atau astronaut mengalami dekompresi terlalu cepat dari tekanan kabin ke tekanan pakaian) dapat mengakibatkan kondisi fatal yang disebut penyakit dekompresi,ketika nitrogen menggelembung dari dalam aliran darah, saraf, sendi, dan bagian sensitif atau vital lainnya. Gelembung dari gas "inert" lainnya (gas selain karbon dioksida dan oksigen) menyebabkan efek yang sama, sehingga penggantian nitrogen dalam gas napas dapat mencegah narkosis nitrogen, tetapi tidak dapat mencegah penyakit dekompresi.
