De atmosfeer van de aarde bestaat uit een gelaagde laag gassen die door de zwaartekracht op hun plaats wordt gehouden. De belangrijkste bestanddelen van atmosferische lucht zijn stikstof, zuurstof, argon en koolstofdioxide. Stikstof en koolstofdioxide zijn beide essentieel voor het leven op aarde en zijn van vitaal belang voor een aantal biochemische processen zoals fotosynthese en eiwitsynthese.

Chemische en fysische eigenschappen van stikstof

Stikstof is een element in het periodiek systeem met een atoomnummer van 7. De stikstofkern bestaat uit 7 protonen met een positieve lading en meestal 7 neutronen zonder lading. Om een ​​elektrisch neutraal atoom te behouden, cirkelen 7 elektronen rond de kern in een reeks schillen. Stikstof is een gas op kamertemperatuur en vormt ongeveer 78 procent van de atmosfeer van de aarde. Stikstof vloeibaar bij -210,1 graden Celsius (-346,18 graden Fahrenheit), wat het gebruik ervan in cryogene experimenten en activiteiten mogelijk maakt.

Chemische en fysische eigenschappen van kooldioxide

Koolstofdioxide is een verbinding met een molecuul bestaande uit een enkel koolstofatoom en twee zuurstofatomen. Elektronen in de buitenste schil van de koolstof- en zuurstofatomen worden gedeeld om covalente bindingen te vormen. Koolstofdioxide is een gas op kamertemperatuur en vormt 0,03 procent van de atmosfeer van de aarde. Koolstofdioxide is ongebruikelijk doordat het een vaste stof vormt zonder een vloeibare fase bij normale atmosferische druk te passeren. Dit proces staat bekend als sublimatie. Koolstofdioxide sublimeert tot droog ijs bij een temperatuur van -56 graden Celsius (-68,8 graden Fahrenheit).

Rol van kooldioxide in biologische processen

Fotosynthese, het proces waarmee planten zonlicht omzetten in glucose suiker, vormt een van de meest fundamentele biologische reacties die plaatsvindt op aarde en vormt de basis van het leven aan de onderkant van de voedselketen, waardoor meer complexe organismen, zoals zoogdieren, worden voorzien van een voorraad voedsel. Fotosynthese vereist een natuurlijke bron van koolstof om glucose te synthetiseren; het verkrijgt dit van atmosferisch koolstofdioxidegas. De chemische woordvergelijking voor fotosynthese is:

Kooldioxide + Water (met zonlicht en chlorofyl) = glucose + zuurstof

Rol van stikstofgas in biologische processen en de stikstofcyclus

Stikstof is een essentiële bouwsteen van fundamentele biologische moleculen, zoals eiwitten en nucleïnezuren. Stikstofgas uit de atmosfeer wordt gevangen door "stikstof-fixerende" bacteriën. Tijdens dit proces worden stikstof- en waterstofgassen omgezet in ammoniak die planten direct kunnen opnemen. Als alternatief, ammoniak vervalt in de bodem in nitraten die planten ook kunnen absorberen. Planten gebruiken ammoniak en nitraten om biochemische moleculen te synthetiseren, zoals chlorofyl, eiwitten en nucleïnezuren. Stikstof kan via een aantal processen terug in de atmosfeer worden geloosd. Denitrificerende bacteriën die in de bodem leven, kunnen nitraten omzetten in stikstofgas. Als alternatief worden stikstofbevattende moleculen in planten geconsumeerd door dieren, wat resulteert in stikstofrijke uitwerpselen. Nitrificerende bacteriën breken de ammoniak in dit afval af en zetten het om in nitraten. Denitrificerende bacteriën breken vervolgens die nitraten af ​​tot stikstofgas. Deze stappen vormen de basis van de stikstofcyclus.