氮是地球上最重要的元素之一，它在生物体的蛋白质、核酸和其他有机分子中发挥着关键的作用。然而，大多数生物体不能直接利用大气中占78%的氮气（N2），因为它是一种非常稳定的分子，需要很高的能量才能将其分解为可反应的形式。这就是为什么氮的固定，即将氮气转化为其他含氮化合物的过程，对生命至关重要。
氮的固定可以通过自然或人工的方式进行。自然的方式包括闪电、宇宙射线和生物固氮。闪电和宇宙射线可以提供足够的能量，使得大气中的氮气和氧气结合生成一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2），这些化合物随后与水反应生成硝酸盐（NO3-），被植物吸收利用。生物固氮是指某些细菌和古菌能够利用特殊的酶，称为氮化还原酶，将大气中的氮气还原为铵（NH4+），这也是植物可以利用的形式。生物固氮是地球上最主要的固定途径，每年约有1.4×1011千克的氮被转化。
人工的方式主要是通过哈伯-博世工艺，即在高温（约450℃）和高压（约200巴）下，利用铁催化剂将大气中的氮气和氢气合成为合成氨（NH3）。合成氨是制造肥料、尿素、硝酸和其他工业化学品的重要原料。哈伯-博世工艺是人类历史上最重要的发明之一，它极大地提高了农业产量，支撑了人口增长。然而，它也带来了一些负面影响，如水体富营养化、温室效应和臭氧层破坏等。
综上所述，本课介绍了氮在自然界和人类活动中的重要性，以及不同形式的含氮化合物之间的转化过程。我们学习了自然和人工两种方式的固定机制，以及它们对环境和社会的影响。在下一课中，我们将进一步探讨生物固定中涉及到的微生物种类、共生关系和分子机理。
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