固氮

氮无处不在——占空气的五分之四——可几乎没有一点是能用的。「固」氮指的是把大气中惰性的 N2 转化为化学上活泼、生命可用的形态，首要的就是氨（NH3）或硝酸根（NO3-）。这是地球上最举足轻重的反应之一，因为要把氮搭进蛋白质和 DNA，必须先把它从空气里硬拽出来，而空气用一根三键牢牢看守着它。

固氮主要有三条途径。生物固氮由某些细菌完成——既有自由生活的，也有住在豆科植物（如豌豆、大豆）根瘤里的——它们用含铁和钼的固氮酶，在常温常压下悄悄把 N2 还原成 NH3，这一壮举化学家至今无法廉价复制。大气固氮发生在闪电提供足够能量、把 N2 和 O2 结合成氮氧化物时，这些氧化物溶进雨水。工业固氮就是哈伯-博施法，在铁催化剂上以高温高压把 N2 和 H2 结合成氨，规模极其庞大。三条路都共享同一个艰难步骤：打断或活化 N≡N 三键。

工业固氮重塑了人类历史。今天普通人体内大约一半的氮原子都曾经过哈伯-博施反应器，因为合成肥料养活了世界上相当大一部分人口。但同样这股固定氮的洪流如今也在扰乱生态系统：过量硝酸根流入河海，造成藻华和死区；燃烧产生的氮氧化物则加剧烟雾和酸雨。因此固氮既是化学最伟大的馈赠之一，也是它最大的环境难题之一。