固氮

氮無處不在——占空氣的五分之四——可幾乎沒有一點是能用的。「固」氮指的是把大氣中惰性的 N2 轉化為化學上活潑、生命可用的形態，首要的就是氨（NH3）或硝酸根（NO3-）。這是地球上最舉足輕重的反應之一，因為要把氮搭進蛋白質和 DNA，必須先把它從空氣裡硬拽出來，而空氣用一根三鍵牢牢看守著它。

固氮主要有三條途徑。生物固氮由某些細菌完成——既有自由生活的，也有住在豆科植物（如豌豆、大豆）根瘤裡的——它們用含鐵和鉬的固氮酶，在常溫常壓下悄悄把 N2 還原成 NH3，這一壯舉化學家至今無法廉價複製。大氣固氮發生在閃電提供足夠能量、把 N2 和 O2 結合成氮氧化物時，這些氧化物溶進雨水。工業固氮就是哈伯-博施法，在鐵催化劑上以高溫高壓把 N2 和 H2 結合成氨，規模極其龐大。三條路都共享同一個艱難步驟：打斷或活化 N≡N 三鍵。

工業固氮重塑了人類歷史。今天普通人體內大約一半的氮原子都曾經過哈伯-博施反應器，因為合成肥料養活了世界上相當大一部分人口。但同樣這股固定氮的洪流如今也在擾亂生態系統：過量硝酸根流入河海，造成藻華和死區；燃燒產生的氮氧化物則加劇煙霧和酸雨。因此固氮既是化學最偉大的饋贈之一，也是它最大的環境難題之一。