Ciclo do nitrogênio

Autor: 
Alexandre Indriunas

O gás nitrogênio (N2), que compõe 78% das partículas do ar, é incolor, inodoro e principalmente inerte em condições ambientais, o que garante que o oxigênio (O2) disperso na atmosfera não incendeie a vegetação do planeta. A não-reatividade e a abundância deste composto desafiaram os cientistas do início do século 20 a buscar maneiras de transformar o nitrogênio gasoso em formas iônicas utilizáveis.

O vulcanismo e os raios formados durante uma tempestade são capazes de fazer reagir o N2 com o O2 e com o H2 (hidrogênio) resultando em óxidos de nitrogênio (NO e NO2) e amônio (NH3) respectivamente. Esses gases facilmente são absorvidos em água gerando os ácidos nitroso (HNO2) e nítrico (HNO3), componentes da chuva ácida, além de hidróxido de amônio (NH4OH). Esses, por sua vez, ionizam-se liberando NO2-, NO3- e NH4+, formas potencialmente utilizáveis, tanto pelos organismos quanto pela indústria. A observação deste fenômeno levou os cientistas a tentaram sintetizar industrialmente os óxidos de nitrogênio a partir do ar, passando-o por um arco voltáico à temperatura de 3000oC, porém somente 2% da mistura reagia e o consumo de energia era muito grande.

O processo no qual o N2 é transformado em formas assimiláveis é denominado fixação do nitrogênio. As pequenas quantidades formadas pelas descargas elétricas e vulcanismo não disponibilizariam quantidades de compostos de nitrogênio condizentes com a vida, assim há microorganismos fixadores de nitrogênio, tanto no solo como na água. No solo, bactérias dos gêneros Azotobacter e Clostridium podem viver livremente, porém as do gênero Rhizobium criam uma associação em raízes de diversas plantas, principalmente da família das leguminosas (como feijão, alfafa, ervilha, soja), estes microorganismos utilizam-se da transformação química do nitrogênio gasoso para obtenção de energia, gerando como subproduto a amônia (NH3), e na água, cianobactérias, como as dos gêneros Anabaena e Nostoc, são capazes de realizar o mesmo processo.

A amônia também é obtida pela degradação de proteínas, aminoácidos, nucleotídeos, excretas animais (uréia e ácido úrico) e pela a ação de fungos e bactérias decompositoras (amonificação). Porém, a amônia é um gás que facilmente se desprende para a atmosfera e mesmo que combine com a água liberando o íon NH4+, nem todas as plantas utilizam o nitrogênio desta forma. Os vegetais assimilam muito mais facilmente o nitrogênio em forma de nitrato (NO3-). Assim há microorganismos que transformam a amônia primeiramente em nitrito - NO2- - por bactérias do gênero Nitrosomonas, e, depois em nitrato, pelas do gênero Nitrobacter. Este processo de oxidação da amônia é chamado de nitrificação.

Assim após sucessivas transformações o NH3, originado da transformação do N2 ou pela decomposição de matéria orgânica, é convertido em nitrito depois em nitrato, disponibilizando este elemento primeiramente aos vegetais e em seguida aos animais. O nitrogênio passa então a poder ser incorporado na síntese de aminoácidos que, por sua vez compõe, as proteínas, e dos nucleotídeos. Os nitratos em geral são muito solúveis e acabam sendo lixiviados dos terrenos por ação da chuva, por isso são raros grandes depósitos de minerais contendo esse ânion, com exceção de grandes depósitos de salitre, nitrato de sódio (NaNO3) impuro, no Chile.

Mas, desse modo o N2 não acabaria? Poderíamos pensar que sim, pois, com a fixação constante do nitrogênio gasoso, ele tenderia a extinguir-se. Porém, há outro grupo de bactérias, como a Pseudonomas denitificans, que são capazes de devolver o nitrogênio gasoso à atmosfera através de um processo denominado desnitrificação, onde a amônia (NH3) é convertida em N2.
As várias etapas do ciclo do nitrogênio podem ser assim resumidas:

Fixação do Nitrogênio
Transformação do nitrogênio gasoso (N2) em amônia (NH3). Podendo ser:

Fixação biológica – realizada por bactérias fixadoras de nitrogênio no solo e em raízes de determinadas plantas.

Fixação atmosférica
– reação que ocorre devido ao arco voltaico dos raios e ação do vulcanismo, gerando amônia e óxidos de nitrogênio.

Fixação industrial
– processo sintético de produção de amônia a partir da mistura de nitrogênio gasoso e hidrogênio (H2).

Amonificação
Degradação de compostos orgânicos nitrogenados com a liberação de amônia por agentes decompositores.

Nitrificação
Oxidação bacteriana da amônia gerando óxidos de nitrogênio, inicialmente em nitrito e posteriormente em nitrato.

Desnitrificação
Conversão da amônia em nitrogênio gasoso por ação bacteriana.

Para entender melhor o ciclo, veja ilustração abaixo:

Ciclo do Nitrogênio

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