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.
- Nitrogen: atomic number 7, electronic configuration 2,5, group 15. It forms a diatomic molecule ദ്വയാറ്റോമിക തന്മാത്ര, N₂ (page 1).
- In a covalent bond two atoms share a pair of electrons; a double bond shares two pairs, a triple bond three (page 1).
- Combustion needs a fuel, oxygen and heat (page 2).
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.
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.
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 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.
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 → ……
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.
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.
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 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 ജൈവവളം | Chemical fertiliser രാസവളം |
|---|---|
| Eco-friendly പരിസ്ഥിതി സൗഹൃദം | Gives 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 കാലതാമസം | All 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)?
| Merits | Limitations | |
|---|---|---|
| Organic manure ജൈവവളം | eco-friendly; keeps the soil natural; does not harm soil micro-organisms; less pollution | nutrients become available slowly; large quantities are needed |
| Chemical fertiliser രാസവളം | higher yield; easily available; N, P and K act quickly | changes the biological structure of the soil; makes the soil acidic; causes pollution |
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.
- 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.
- Opening: each team gets 2 minutes. Use Table 7.4 and the cards: give a fact, an example from Kerala, and a reason.
- Rebuttal: 1 minute each to answer the other side's points politely.
- Closing: 1 minute each. Then the audience asks questions.
- 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.
7. Physical properties and uses of nitrogen
Physical properties നൈട്രജന്റെ ഭൗതിക ഗുണങ്ങൾ
- A colourless, odourless gas നിറമോ മണമോ ഇല്ലാത്ത വാതകമാണ്.
- Very slightly soluble in water ജലത്തിൽ വളരെ കുറച്ച് മാത്രമേ ലയിക്കുന്നുള്ളു.
- Difficult to liquefy ദ്രവീകരിക്കാൻ പ്രയാസമാണ്. (it becomes liquid only at about −196 °C).
Uses നൈട്രജന്റെ ഉപയോഗങ്ങൾ
For the industrial manufacture of ammonia അമോണിയയുടെ വ്യാവസായിക നിർമ്മാണത്തിന്. N₂ + 3H₂ → 2NH₃ (go further).
For making nitrogenous fertilisers such as urea and ammonium sulphate നൈട്രജൻ വളങ്ങളുടെ നിർമ്മാണത്തിന്.
Liquefied nitrogen is used as a refrigerant (coolant) ശീതീകാരി – for example to store blood, cells and seeds.
Nitrogen is inert, so it does not react with the rubber or the wheel വാഹനങ്ങളുടെ ടയറുകളിൽ നിറയ്ക്കുന്നതിന്.
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.
Think. Which property of nitrogen is used in each of the last two uses?
- "Nitrogen is inert because it is light" ✗ – the reason is the strong triple bond N≡N.
- Writing N₂ + O₂ → NO ✗ – it does not balance. The product is 2NO.
- "Plants take nitrogen gas from the air through their leaves" ✗ – plants absorb nitrogen as nitrates and other compounds from the soil.
- Saying nitrogen supports combustion ✗ – oxygen does; nitrogen controls the rate of burning.
- 📄 Nitrogen cycle Wikipedia
Lightning, nitrogen-fixing bacteria and how plants get nitrogen. - 📄 Nitrogen fixation Wikipedia
Rhizobium bacteria in the roots of pulse plants. - 📄 Fertilizer Wikipedia
Chemical and organic fertilisers, N-P-K. - 📄 FACT – The Fertilisers and Chemicals Travancore Ltd FACT, Udyogamandal
Kerala’s own fertiliser company – useful for extended activity 3.
8. Check yourself
- Nitrogen is about 78 % of air, present in all living things, and essential for plant growth. It is inert at ordinary conditions because of the strong triple bond in N≡N.
- Oxygen supports combustion; nitrogen dilutes it and controls the rate of burning.
- Lightning: N₂ + O₂ → 2NO; 2NO + O₂ → 2NO₂; 4NO₂ + 2H₂O + O₂ → 4HNO₃ → nitrates in the soil.
- Nitrogen fixation നൈട്രജൻ സ്ഥിരീകരണം: Rhizobium bacteria in the root nodules of pulse plants turn N₂ into compounds plants can absorb.
- Organic manure and chemical fertilisers both have merits and limitations (Table 7.4); use fertilisers scientifically and judiciously.
- Nitrogen is colourless, odourless, very slightly soluble and hard to liquefy. Uses: ammonia, fertilisers, liquid nitrogen coolant, tyres, food packets.