Chapter 7 · Section 7Textbook pages 143–145

Nitrogen, Nitrogen Fixation and Fertilisers നൈട്രജൻ

Every breath you take is about four-fifths nitrogen, yet your body cannot use a single molecule of it. Plants are hungry for nitrogen too, but they cannot take it straight from the air. So how does nitrogen get from the sky into a paddy plant or a payar plant? The answer involves a monsoon lightning bolt, tiny bacteria living in root bumps, and fertiliser factories like FACT at Udyogamandal. On this page you follow nitrogen on that journey.

📖 What you need (pages 1 and 2 of this guide)

1. Nitrogen in air and in living things

അന്തരീക്ഷവായുവിൽ ഏറ്റവും കൂടിയ അളവിൽ കാണപ്പെടുന്ന വാതകമാണ് നൈട്രജൻ. ജീവനുള്ള വസ്തുക്കളിലെല്ലാം നൈട്രജൻ അടങ്ങിയിട്ടുണ്ട്. സസ്യങ്ങളുടെ വളർച്ചയ്ക്ക് അത്യാവശ്യമായ ഒരു മൂലകമാണ് നൈട്രജൻ. Nitrogen is the gas found in the largest amount in air. All living things contain nitrogen (it is in every protein and in DNA). It is an element essential for the growth of plants.

🌬️ 100 particles of dry air

2. Why is nitrogen inert? നിഷ്ക്രിയം

Q (page 143). സാധാരണ അവസ്ഥയിൽ അന്തരീക്ഷത്തിലുള്ള നൈട്രജൻ നിഷ്ക്രിയമാണ്. കാരണമെഴുതുക. At ordinary conditions, the nitrogen in the atmosphere is inert (it hardly reacts). Write the reason.

🔗 The triple bond in N₂
Each nitrogen atom (2,5) needs 3 more electrons, so the two atoms share three pairs of electrons: a triple bond, N≡N. This triple bond is very strong, and a lot of energy is needed to break it. At ordinary temperatures there is not enough energy to split the molecule, so nitrogen does not react easily – it is inert നിഷ്ക്രിയം. (It is not because nitrogen is light or because there is so much of it.)

3. Nitrogen and combustion

Q (page 143). Answer, then try the jar below.

ജ്വലനത്തെ സഹായിക്കുന്ന വാതകമേതാണ്? Which gas supports combustion?

ജ്വലനനിരക്ക് നിയന്ത്രിക്കാൻ സഹായിക്കുന്ന വാതകമേതാണ്? Which gas helps to control the rate of combustion?

🕯️ A candle in different "airs" – oxygen + nitrogen

A model: flame sizes are illustrative. A real candle goes out when the oxygen falls below roughly 15–16 %. Pure oxygen is a serious fire risk, which is why "no flames" signs hang near hospital oxygen cylinders.

Gas that supports combustion: oxygen. Gas that helps control the rate of combustion: nitrogen – it makes up 78 % of air and dilutes the oxygen, so burning is steady instead of explosive.

4. From the sky to the soil (1): lightning

സസ്യങ്ങൾക്ക് അന്തരീക്ഷ നൈട്രജൻ നേരിട്ട് വലിച്ചെടുക്കാൻ സാധ്യമല്ല. എന്നാൽ അന്തരീക്ഷ നൈട്രജൻ സസ്യങ്ങൾക്ക് ലഭ്യമാകുന്നത് എങ്ങനെയൊക്കെ എന്ന് പരിശോധിക്കാം. Plants cannot absorb nitrogen directly from the air. Let us see the ways in which atmospheric nitrogen reaches plants.

ഇടിമിന്നൽ ഉണ്ടാകുമ്പോൾ നൈട്രജൻ തന്മാത്രയിലെ ത്രിബന്ധനം വിഛേദിക്കപ്പെടുകയും നൈട്രജൻ ഓക്സിജനുമായി സംയോജിച്ച് നൈട്രിക് ഓക്സൈഡ് (NO) ഉണ്ടാകുകയും ചെയ്യുന്നു. 1. Through lightning: the enormous heat of a lightning flash breaks the triple bond in the nitrogen molecule, and nitrogen combines with oxygen to form nitric oxide (NO).

Q (page 143). Complete: N₂ + O₂ → ……

⚡ Step by step · lightning to nitrates in the soil
⭐ The lightning chain (pages 143–144)
ഇപ്രകാരമുണ്ടാകുന്ന നൈട്രിക് ഓക്സൈഡ് കൂടുതൽ ഓക്സിജനുമായി സംയോജിച്ച് നൈട്രജൻ ഡൈഓക്സൈഡ് (NO₂) ഉണ്ടാകുന്നു. നൈട്രജൻ ഡൈഓക്സൈഡ് ഓക്സിജന്റെ സാന്നിധ്യത്തിൽ മഴവെള്ളത്തിൽ ലയിച്ച് നൈട്രിക് ആസിഡ് (HNO₃) ആയി മണ്ണിലെത്തുന്നു. നൈട്രിക് ആസിഡ് മണ്ണിലെ ധാതുക്കളുമായി പ്രവർത്തിച്ചുണ്ടാകുന്ന നൈട്രേറ്റ് ലവണങ്ങളെ സസ്യങ്ങൾ വലിച്ചെടുക്കുന്നു. N₂ + O₂ → 2NO 2NO + O₂ → 2NO₂ 4NO₂ + 2H₂O + O₂ → 4HNO₃

Nitric oxide combines with more oxygen to form nitrogen dioxide (NO₂). In the presence of oxygen, nitrogen dioxide dissolves in rain water and reaches the soil as nitric acid (HNO₃). Nitric acid reacts with minerals in the soil to form nitrate salts, which plants absorb.

🔭 Go further – nitric acid meets the soil

For example, with limestone in the soil: 2HNO₃ + CaCO₃ → Ca(NO₃)₂ + H₂O + CO₂ Calcium nitrate dissolves in soil water and is taken up by the roots. Every equation in the chain is balanced – count the N, O and H atoms yourself.

5. From the sky to the soil (2): nitrogen fixation നൈട്രജൻ സ്ഥിരീകരണം

പയർ വർഗത്തിൽപ്പെട്ട ചെടികളുടെ വേരുകളിലെ റൈസോബിയം ബാക്ടീരിയ അന്തരീക്ഷ നൈട്രജനെ ആഗിരണം ചെയ്ത് സസ്യങ്ങൾക്ക് വലിച്ചെടുക്കാൻ കഴിയുന്ന തരത്തിലുള്ള സംയുക്തങ്ങളുണ്ടാക്കുന്നു. 2. Through nitrogen fixation: Rhizobium bacteria living in the roots of pulse plants (payar, uzhunnu, groundnut, peas) take in atmospheric nitrogen and turn it into compounds that plants can absorb. They live in small swellings on the roots called root nodules.

🔬 Zoom into a root nodule

Healthy nodules are pink inside. Farmers in Kerala often grow payar or other pulses between paddy crops: the nodules leave nitrogen compounds in the soil for the next crop.

6. Organic manure and chemical fertilisers ജൈവവളം · രാസവളം

Q (page 144). സസ്യങ്ങളുടെ വളർച്ചയ്ക്ക് ആവശ്യമായ മൂലകങ്ങൾ കൂടിയ അളവിൽ ലഭിക്കുന്നതിനുള്ള മാർഗങ്ങൾ ഏതെല്ലാം? What are the ways to supply plants with larger amounts of the elements they need for growth?

• Using organic manure ജൈവവളം (cow dung, compost, green leaves, vermicompost, bone meal).
• Using chemical fertilisers രാസവളം (urea, ammonium sulphate, factamfos and other N, P, K fertilisers).

രാസവളത്തിന്റെയും ജൈവവളത്തിന്റെയും പ്രത്യേകതകൾ നൽകിയിരിക്കുന്നത് ശ്രദ്ധിക്കൂ. Look at the features of organic manure and chemical fertilisers in Table 7.4.

Organic manure ജൈവവളംChemical fertiliser രാസവളം
Eco-friendly പരിസ്ഥിതി സൗഹൃദംGives a higher yield കൂടുതൽ വിളവ് ലഭിക്കുന്നു.
Keeps the soil in its natural state മണ്ണിന്റെ സ്വാഭാവികത നിലനിർത്തുന്നു.Easily available ലഭ്യത കൂടുതൽ
Delay in making the nutrients available പോഷകങ്ങൾ ലഭ്യമാക്കുന്നതിൽ കാലതാമസംAll three nutrients (N, P, K) are available quickly മൂന്ന് പോഷക ഘടകങ്ങളും (N.P.K) വേഗത്തിൽ ലഭിക്കുന്നു.
Micro-organisms are not destroyed സൂക്ഷ്മജീവികൾക്ക് നാശം സംഭവിക്കുന്നില്ല.Changes the biological structure of the soil മണ്ണിന്റെ ജൈവഘടനയിൽ മാറ്റം വരുത്തുന്നു.
Has to be used in larger quantities കൂടുതൽ അളവിൽ ഉപയോഗിക്കേണ്ടതായിവരുന്നു.Increases the acidity of the soil മണ്ണിന്റെ അമ്ലത വർദ്ധിക്കുന്നു.
Reduces the chance of pollution മലിനീകരണ സാധ്യത കുറയ്ക്കുന്നു.Causes pollution മലിനീകരണം ഉണ്ടാക്കുന്നു.

Table 7.4

Q (page 144). പട്ടിക 7.4 ന്റെ അടിസ്ഥാനത്തിൽ രാസവളം, ജൈവവളം എന്നിവയുടെ മേന്മകളും പോരായ്മകളും എഴുതി നോക്കൂ. On the basis of Table 7.4, write the merits and limitations of chemical fertilisers and organic manure. Sort each feature: is it a merit (good point) or a limitation (weak point)?

MeritsLimitations
Organic manure ജൈവവളംeco-friendly; keeps the soil natural; does not harm soil micro-organisms; less pollutionnutrients become available slowly; large quantities are needed
Chemical fertiliser രാസവളംhigher yield; easily available; N, P and K act quicklychanges the biological structure of the soil; makes the soil acidic; causes pollution
⭐ The textbook's conclusion (page 144)
കാർഷിക മേഖലയിൽ ശാസ്ത്രീയവും വിവേകപൂർവവുമായ വളപ്രയോഗമാണ് അവലംബിക്കേണ്ടത്.

In agriculture, we should follow a scientific and judicious (sensible) use of fertilisers – the right type, in the right amount, at the right time, after testing the soil.

Debate: the role of organic manure and chemical fertilisers in agriculture

Activity (page 145). കാർഷികരംഗത്ത് ജൈവവളത്തിന്റെയും രാസവളത്തിന്റെയും പങ്ക് എന്ന വിഷയത്തെ ആസ്പദമാക്കി ശാസ്ത്ര ക്ലബ്ബിന്റെ ആഭിമുഖ്യത്തിൽ ഒരു ഡിബേറ്റ് സംഘടിപ്പിക്കുക. Organise a debate under the science club on "the role of organic manure and chemical fertilisers in agriculture". Draw cards from the deck below to prepare your points.

🃏 Debate card set – draw a card
  1. Two teams of 3–4: one speaks for organic manure, one for chemical fertilisers. A chairperson (the science club secretary) keeps time; two or three judges score.
  2. Opening: each team gets 2 minutes. Use Table 7.4 and the cards: give a fact, an example from Kerala, and a reason.
  3. Rebuttal: 1 minute each to answer the other side's points politely.
  4. Closing: 1 minute each. Then the audience asks questions.
  5. Conclusion by the chairperson, using the textbook line: both have merits and limits; the best path is scientific, judicious use – organic manure for soil health together with the measured amount of chemical fertiliser that a soil test shows is needed.
Judging points: correct science, clear examples, respect for the other team, keeping to time.

7. Physical properties and uses of nitrogen

Physical properties നൈട്രജന്റെ ഭൗതിക ഗുണങ്ങൾ

Uses നൈട്രജന്റെ ഉപയോഗങ്ങൾ

🏭Making ammonia

For the industrial manufacture of ammonia അമോണിയയുടെ വ്യാവസായിക നിർമ്മാണത്തിന്. N₂ + 3H₂ → 2NH₃ (go further).

🌾Nitrogen fertilisers

For making nitrogenous fertilisers such as urea and ammonium sulphate നൈട്രജൻ വളങ്ങളുടെ നിർമ്മാണത്തിന്.

❄️Liquid nitrogen as a coolant

Liquefied nitrogen is used as a refrigerant (coolant) ശീതീകാരി – for example to store blood, cells and seeds.

🛞Filling vehicle tyres

Nitrogen is inert, so it does not react with the rubber or the wheel വാഹനങ്ങളുടെ ടയറുകളിൽ നിറയ്ക്കുന്നതിന്.

🥔Food packets

Chips packets are filled with nitrogen to keep oxygen out, so the oil in the food does not go stale ആഹാര പാക്കറ്റുകളിൽ ഓക്സിജന്റെ സാന്നിധ്യം ഒഴിവാക്കുന്നതിന്.

⚠️ Liquid nitrogen is about −196 °C. It causes severe cold burns and its gas can push the oxygen out of a closed room. It is handled only by trained people with special gloves and face shields – never at home or in class.

Think. Which property of nitrogen is used in each of the last two uses?

Both use the fact that nitrogen is inert (does not react easily, does not support burning). In a food packet it also takes the place of oxygen, which would react with the oil and spoil the taste.
⚠️ Common mistakes
🌐 Explore online needs internet · opens in a new tab

8. Check yourself

🧭 Summary

Next: Oxygen, ozone and the ozone layer ▶