Nitrogen merupakan salah satu unsur kimia selain oksigen yang sangat berguna bagi kehidupan makhluk hidup. Setiap makhluk hidup memiliki nitrogen di dalam tubuhnya, salah satunya menjadi zat penyusun asam amino yang dikenal sebagai zat penyusun kehidupan. Sama seperti oksigen, nitrogen juga mengalami yang namanya siklus nitrogen.
Di udara, gas nitrogen sangat banyak, yakni jumlahnya hampir mencapai 78% dari keseluruhan zat kimia yang memenuhi atmosfer dalam bentuk gas. Dalam tubuh makhluk hidup, nitrogen banyak ditemukan pada protein, urine, serta asam urine. Bagi tumbuhan, untuk bisa memanfaatkan unsur nitrogen diperlukan adanya pembentukan unsur nitrogen menjadi senyawa, yakni senyawa nitrat (NO3).
Pengertian Siklus Nitrogen
Seperti yang disebutkan sebelumnya, nitrogen juga mengalami siklus atau daur yang masuk ke dalam salah satu siklus biogeokimia. Jika didefinisikan, siklus nitrogen merupakan proses perubahan senyawa yang di dalamnya mengandung unsur nitrogen sebagai penyusunnya menjadi bentuk-bentuk kimia lain, baik melalui proses biologis maupun non biologis.
Siklus nitrogen memiliki peranan penting kaitannya dengan ekosistem, karena jumlah nitrogen di alam memiliki pengaruh terhadap produksi primer dan juga dekomposisi. Namun, beberapa aktivitas manusia ternyata dapat memengaruhi siklus nitrogen ini jika dilakukan secara terus-menerus. Beberapa di antaranya adalah:
- Penggunaan kendaraan bermotor yang mengakibatkan adanya pembakaran bahan bakar dari fosil.
- Penggunaan pupuk nitrogen buatan untuk keperluan pertanian.
- Pelepasan nitrogen ke dalam air yang mengandung limbah.
Baca Juga : Siklus Fosfor : Sifat Kimia, Fisika, Penggunaan dalam Kehidupan, Dampak
Proses Daur Nitrogen secara Biologis
Proses siklus yang dialami nitrogen secara biologis merupakan siklus yang melibatkan mikroorganisme untuk mengubah suatu bentuk nitrogen menjadi bentuk lain yang bermacam-macam.
1. Fiksasi Nitrogen
Yang dimaksud dengan fiksasi nitrogen adalah proses yang mengubah nitrogen yang berasal dari atmosfer menjadi bentuk amonia. Organisme yang berperan dalam proses fiksasi nitrogen ini adalah bakteri yang terdapat pada akar tanaman polong-polongan. Bakteri yang dimaksud adalah rhizobium dengan bantuan enzim nitrogenase cyanobacteria yang akan mengubah gas nitrogen menjadi amonia.
Fiksasi nitrogen juga bisa terjadi dengan cara kimiawi yang melibatkan bantuan energi halilintar untuk mengikat elektrokimia. Nantinya, halilintar akan memunculkan energi listrik yang menjadi penyebab pembentukan senyawa nitrogen dioksida (NO2) oleh gas nitrogen dan oksigen yang terdapat di atmosfer.
Bersamaan dengan hujan, halilintar akan mengalami reaksi dengan gas NO2 untuk membentuk asam nitrat. Sebagian ion nitrat akan diserap oleh akar tumbuhan, mengendap, atau mengalami denitrifikasi.
2. Nitrifikasi
Nitrifikasi dapat didefinisikan sebagai proses oksidasi biologis amonia bersama oksigen yang kemudian akan menjadi amonium, nitrit, selanjutnya diikuti oleh nitrit yang teroksidasi menjadi nitrat. Amonia yang mengalami degradasi menjadi nitrit inilah yang dikenal dengan nama nitrifikasi. Proses ini menjadi hal yang cukup penting dalam daur unsur hara yang terdapat di dalam tanah.
Proses nitrifikasi dilakukan oleh bakteri autotrof serta bakteri amonia yang dapat mengoksidasi. Contoh bakteri-bakteri tersebut adalah β-Proteobacteria, gammaproteobacteria, genera nitrosmonas, dan nitrosococcus.
3. Asimilasi
Yang dimaksud dengan proses asimilasi adalah pembentukan senyawa nitrogen yang bersifat organik, seperti asam amino yang berasal dari nitrogen anorganik. Tanaman akan melakukan penyerapan terhadap nitrogen dalam wujud nitrat setelah melalui proses nitrifikasi. Selanjutnya, nitrat akan diserap oleh gradien proton transporter nitrat untuk diteruskan dari akar menuju ke tunas oleh xilem.
Di tunas inilah akan terjadi reduksi nitrogen dalam dua tahapan, yakni reduksi nitrat menjadi nitrit yang dilakukan oleh reduktase nitrat dalam sitosol. Kemudian nitrit yang terdapat di dalam kloroplas akan mengalami reduksi menjadi amonia yang dilakukan oleh reduktasi nitrit.
4. Amonifikasi
Sisa-sisa tanaman dan limbah yang mengalami penguraian oleh organisme kemudian akan mengalami proses amonifikasi untuk menghasilkan amonia. Bahan organik yang telah mati akan diurai oleh mikroorganisme yang terdapat di dalam tanah untuk dijadikan energi serta menghasilkan amonia dan produk sampingan berupa senyawa dasar yang lainnya.
Di dalam tanah, amonia akan membentuk ion amonium sebagai bentuk pertahanan.
5. Denitrifikasi
Dalam siklus nitrogen, nitrat akan mengalami proses reduksi menjadi gas nitrogen inert yang disebut dengan istilah denitrifikasi. Proses ini dilakukan dalam kondisi anaerobik oleh bakteri semacam pseudomonas serta clostridium. Nitrat berperan sebagai akseptor elektron yang akan digunakan selama proses respirasi oleh bakteri.
Hanya bakteri jenis anaerob fakultatif yang mampu bertahan dengan kondisi anaerobik yang terjadi pada proses ini.
Baca Juga : Siklus Sulfur
Sifat-Sifat Unsur Nitrogen
Nitrogen merupakan nama yang diambil dari bahasa Latin, yakni Nitrogenium, dengan nitron yang berarti soda dan genes yang berarti pembentuk. Dalam tabel periodik, nitrogen memiliki lambang N dengan nomor atom 7. Unsur ini sangat sulit bereaksi dengan unsur maupun senyawa lainnya, sehingga sering dijuluki dengan zat lemas.
Sebagian besar makhluk hidup yang ada di bumi tidak mampu memanfaatkan nitrogen, meskipun nitrogen terdapat dalam jumlah banyak di atmosfer, yakni sekitar 78%. Gas rumah kaca yang berupa nitrous oxide dapat menyebabkan hujan asam jika kandungannya terlalu banyak di atmosfer.
Nitrogen memiliki beberapa sifat khas, yakni:
1. Sifat Fisika
Sifat fisika yang dimiliki oleh unsur nitrogen di antaranya adalah sebagai berikut.
- Merupakan unsur yang berbentuk gas diatomik N2 yang tidak memiliki bau, rasa, warna, dan tidak mudah larut dalam air.
- Gaya Van Deer Waals antar molekul dalam nitrogen sangat kecil karena bersifat non polar.
2. Sifat Kimia
Sifat kimia yang dimiliki oleh unsur nitrogen di antaranya adalah sebagai berikut.
- Sukar bereaksi pada suhu tinggi (endoterm) karena memiliki energi ikatan yang relatif besar, yakni sebesar 964 kJ/mol dan molekulnya memiliki ikatan kovalen rangkap tiga.
- Bereaksi sangat lambat dengan logam lithium dalam suhu ruangan membentuk Li3
- Pada suhu yang tinggi, nitrogen dapat bereaksi dengan hidrogen atau oksigen membentuk NH3 dan NO3.
Baca Juga : Proses Siklus Karbon Serta Sumber dan Manfaatnya
Jenis-Jenis Nitrogen
Meskipun kebanyakan nitrogen memiliki wujud berupa gas, ternyata wujud nitrogen yang ada di bumi ini memiliki dua jenis, yakni wujud gas dan wujud cair.
1. Wujud Gas
Untuk menyimpan nitrogen yang memiliki wujud berupa gas, tabung dari baja atau alumunium sering digunakan. Nitrogen dengan wujud gas ini memiliki tiga tingkatan yang diukur berdasarkan kemurniannya, yakni:
- Ultra High Purity (UHP) Grade yang memiliki tingkat kemurnian sebesar 99,999%
- High Purity (HP) Grade
- Welding Grade (WG) yang dikenal juga dengan nama Industrial Grade (IG)
2. Wujud Cair
Wujud nitrogen yang kedua adalah cair, yang umumnya dikenal dengan Liquid N2 dengan singkatan umumnya LIN. Nitrogen cair ini sering digunakan dalam industri es krim agar pembekuan makanan atau cairan bahan es krim lebih cepat.
Untuk menyimpan nitrogen cair, terdapat kriteria wadah yang digunakan, antara lain:
- Cyrogenic Tank, yakni wadah yang digunakan untuk menyimpan nitrogen cair atau LIN dengan volume 1000 liter atau di atasnya
- Tabung Vessel Gas Liquid (VGL), yakni tabung atau wadah yang digunakan untuk menyimpan nitrogen cair dengan volume 500 – 1000 liter
- Tabung Dewar, yakni wadah yang digunakan untuk menyimpan nitrogen cair dengan volume kurang dari 500 liter.
Baca Juga : Pengertian Siklus Oksigen Beserta Alur, Proses, dan Dampaknya
Kegunaan Nitrogen dalam Kehidupan Sehari-hari
Kedua jenis nitrogen yang sudah dijelaskan sebelumnya memiliki banyak fungsi dan kegunaan dalam kehidupan sehari-hari. Adanya pemanfaatan nitrogen ini menjadikan kehidupan manusia lebih terbantu dan lebih mudah alias praktis. Pemanfaatan nitrogen ternyata tak jauh-jauh dari lingkungan Anda, karena memang sudah lama digunakan.
Selain pemanfaatan secara buatan oleh manusia, ternyata nitrogen juga memiliki fungsi alami, di antaranya adalah sebagai penyusun massa tubuh manusia, yakni sebesar 3%. Selain itu, nitrogen di dalam tanah juga berperan penting dalam kehidupan tumbuh-tumbuhan.
Berikut beberapa kegunaan nitrogen yang ada dalam kehidupan sehari-hari.
1. Industri Farmasi
Dalam industri farmasi, nitrogen memiliki banyak kegunaan, baik nitrogen bentuk gas maupun nitrogen yang berbentuk cair. Beberapa kegunaan nitrogen dalam industri farmasi di antaranya adalah:
- Transfer tekanan
- Degradasi dan kontaminasi
- Pencampuran serta perlindungan proses intuisi kelembapan
- Oksidasi
- Pembersihan
- Menjaga sampel biologis
- Pengontrol suhu pada pendingin reaktor
2. Industri Kimia
Dalam industri kimia, jenis nitrogen yang sering digunakan adalah wujud gas. Kegunaan nitrogen dalam industri ini di antaranya adalah sebagai gas tekan (pressurising gas) yang digunakan untuk mendorong cairan melalui pipa. Selain itu, nitrogen juga memiliki fungsi sebagai pelindung oksigen dari bahan-bahan yang memiliki tingkat sensitif tinggi dalam udara.
3. Industri Makanan dan Minuman
Mungkin Anda belum pernah mengetahui sebuah fakta bahwa nitrogen banyak sekali digunakan dalam industri makanan dan minuman. Faktanya, memang benar bahwa nitrogen digunakan dalam industri makanan dan minuman sebagai pendingin atau pembeku. Hal ini dikarenakan sifat nitrogen yang memiliki suhu ekstrem, khususnya nitrogen cair.
Dengan menggunakan nitrogen cair, makanan atau minuman lebih cepat beku, terlebih harganya juga lebih murah. Selain membekukan makanan dan minuman, nitrogen juga difungsikan untuk memperlambat pembusukan, perubahan rasa, serta menghindari perubahan warna yang terlalu cepat. Contoh yang paling nyata adalah penggunaan nitrogen pada roti agar roti bisa lebih tahan lama.
4. Medis
Dalam dunia medis, baik nitrogen cair maupun nitrogen gas sering digunakan untuk membantu pekerjaan tenaga medis. Untuk nitrogen cair, sering kali digunakan pada kondisi yang sudah mencapai suhu -196o C.
Beberapa kegunaan nitrogen dalam dunia medis di antaranya adalah sebagai berikut.
- Untuk membekukan darah
- Pembekuan sampel jaringan hidup
- Pembekuan sel-sel sumsum tulang
- Membekukan embrio serta sperma
- Menghilangkan kutil di kulit manusia
- Menghilangkan tumor jinak yang berpotensi menular
5. Industri Otomotif
Penggunaan nitrogen dalam dunia otomotif mungkin tak asing bagi Anda, terutama karena terkenalnya nitrogen yang digunakan untuk mengisi ban kendaraan. Kabarnya, penggunaan nitrogen untuk mengisi angin ban membuat berkendara menjadi lebih ringan dan tidak gampang kempes dibandingkan dengan menggunakan angin biasa.
Ternyata, penggunaan nitrogen tak terbatas hanya angin untuk ban kendaraan saja, masih ada banyak kegunaan yang lebih besar di dunia otomotif ini. Nitrogen sering dikombinasikan dengan gas lainnya untuk digunakan pada saat mengelas suku cadang kendaraan, frame, muffler, serta komponen otomotif yang lainnya.
Selain itu, nitrogen juga dimanfaatkan sebagai salah satu komponen yang ada pada perangkat keselamatan, seperti airbag yang ada pada mobil.
Selain dalam industri-industri yang telah disebutkan tersebut, nitrogen dalam dunia pertanian juga berfungsi untuk mempercepat pertumbuhan tanaman dalam bentuk pupuk, sehingga tanaman bisa lebih cepat panen.
Berbagai manfaat yang ada pada unsur nitrogen membuat siklus nitrogen menjadi proses yang sangat penting dalam kehidupan. Dengan adanya siklus tersebut, kehidupan dapat berjalan dengan baik.
