Nitơ: chiếm 78% không khí mà cây vẫn đói đạm

Vì sao cây không ăn được nitơ trong không khí

Trong không khí, nitơ không đi lẻ mà đi thành cặp. Hai nguyên tử nitơ bám vào nhau bằng ba mối nối cùng lúc, tạo thành phân tử N₂.

Liên kết ba đó thuộc loại bền nhất trong hoá học, cần khoảng 945 kJ/mol để bẻ gãy. Ở nhiệt độ thường thì gần như không gì bẻ nổi. Khí nitơ trơ tới mức người ta bơm vào bao bì thực phẩm và bình chữa cháy để đuổi oxy đi.

Trơ như vậy lại là rắc rối cho nhà nông. Cây cần nitơ để làm protein và DNA. Nhưng cây chỉ ăn được nitơ khi nitơ đã gắn với hydro hay oxy thành amoniac hay nitrat, hai dạng nằm trong phân đạm. Nitơ trong không khí thì cây không đụng vào được.

Nitơ lỏng nguy hiểm ở ba chỗ

Vừa trơ vừa lạnh sâu, nitơ lỏng thành đồ bảo quản chưa có gì thay được. Nitơ hoá lỏng ở khoảng -196 °C, và ở nhiệt độ đó mọi thứ sống đều ngưng lại. Tinh trùng bò giống, phôi người, mô và tế bào gốc đều được giữ trong nitơ lỏng, có thể hàng chục năm.

Nguy hiểm dễ đoán nhất là bỏng lạnh. Chạm vào da trần vài giây là tê cóng.

Nguy hiểm ít ai ngờ tới lại giết nhiều người hơn. Một lít nitơ lỏng bốc hơi thành khoảng 695 lít khí, mà khí ấy không màu không mùi. Trong phòng kín thiếu thông gió, nitơ đẩy hết oxy ra mà người bên trong không hề nhận ra. Tháng 1 năm 2021, một vụ tràn nitơ lỏng ở nhà máy thực phẩm tại bang Georgia, Mỹ, làm sáu công nhân chết ngạt.

Nguy hiểm thứ ba nằm trong quán ăn. Nitơ lỏng chưa bay hơi hết mà vào tới dạ dày sẽ giãn nở đột ngột bên trong cơ thể. Năm 2012, một cô gái 18 tuổi ở Anh phải cắt bỏ toàn bộ dạ dày sau khi uống một ly cocktail pha nitơ lỏng còn sót.

Vi khuẩn ở rễ đậu tự làm ra đạm

Có một nhóm vi khuẩn bẻ được liên kết ba của nitơ ở ngay nhiệt độ thường và áp suất thường. Chúng sống trong những cục nhỏ bám trên rễ cây họ đậu, gọi là nốt sần.

Vi khuẩn chuyển nitơ trong không khí thành amoniac cho cây dùng, còn cây trả lại đường làm ra từ quang hợp. Nông dân luân canh hay xen canh đậu là để tận dụng chuyện đó. Thu hoạch xong, rễ và thân đậu mục ra trả đạm lại cho đất, vụ sau bớt phải bón phân.

Haber-Bosch: phân đạm làm ra từ không khí

Đầu thế kỷ 20, đạm cho nông nghiệp chỉ đến từ phân chuồng, phân chim và mỏ diêm tiêu ở Chile. Những nguồn đó không theo kịp dân số đang tăng. Năm 1909, nhà hoá học Đức Fritz Haber làm ra được amoniac từ khí nitơ và khí hydro trong phòng thí nghiệm. Kỹ sư Carl Bosch đưa quy trình đó lên quy mô nhà máy, nên quy trình mang tên ghép của cả hai, Haber-Bosch.

Vaclav Smil ước tính khoảng 40% dân số thế giới năm 2000 sống nhờ lương thực trồng bằng đạm tổng hợp. Nhóm Erisman, trên Nature Geoscience năm 2008, đưa con số lên 48%. Gần như mọi hạt gạo trên mâm cơm người Việt đều lớn lên nhờ một phần đạm đi qua lò Haber-Bosch.

Haber cũng là người đứng đầu chương trình khí độc của quân đội Đức trong Thế chiến thứ nhất. Ông đề xuất dùng khí clo làm vũ khí. Ngày 22 tháng 4 năm 1915, tại trận Ypres thứ hai, ông có mặt giám sát đợt thả 167 tấn khí clo, lần đầu tiên trong lịch sử chiến tranh.

Đạm dư chảy đi đâu

Cây không hấp thụ hết lượng đạm được bón, nhất là khi bón quá tay hoặc sai thời điểm. Phần còn lại theo nước mưa ra sông rồi đổ ra biển.

Ở cửa sông, đạm dư làm tảo bùng phát. Tảo chết chìm xuống đáy, quá trình phân huỷ hút hết oxy trong nước, và vùng nước đó thành nơi cá cùng sinh vật đáy gần như không sống nổi. Giới khoa học gọi đó là vùng chết.

Vùng chết ở vịnh Mexico hình thành mỗi mùa hè từ đạm và lân theo sông Mississippi đổ ra. Mùa hè 2025, NOAA đo được diện tích khoảng 11.400 km², rộng hơn gấp đôi mức mà chính phủ Mỹ đặt làm mục tiêu cho năm 2035.

5 điều cần nhớ về nitơ

1. 1 Nitơ chiếm 78% không khí nhưng cây không dùng trực tiếp được, vì liên kết ba N≡N quá bền.
2. 2 Vi khuẩn trong nốt sần rễ cây họ đậu bẻ được liên kết N≡N ở nhiệt độ thường.
3. 3 Quy trình Haber-Bosch làm ra phân đạm nuôi sống 40–48% dân số thế giới, tuỳ ước tính.
4. 4 Chính người phát minh quy trình đó cũng đưa khí clo ra chiến trường năm 1915.
5. 5 Đạm dư chảy ra biển tạo vùng chết, nơi cá gần như không sống được.

Khối lượng nguyên tử theo CIAAW/IUPAC 2021; các giá trị còn lại từ PubChem (NCBI/NIH). Năng lượng liên kết N≡N theo Royal Society of Chemistry và WebElements. Tỉ lệ dân số sống nhờ đạm tổng hợp theo Vaclav Smil và nhóm Erisman trên Nature Geoscience 2008; giải Nobel 1918 theo nobelprize.org; vai trò của Haber trong chiến tranh hoá học theo tư liệu lịch sử đối chiếu với hồ sơ Nobel. Vùng chết vịnh Mexico theo NOAA, số đo mùa hè 2025. Bảo quản mẫu sinh học bằng nitơ lỏng theo thư viện y khoa NIH; vụ tai nạn ở Georgia theo AIChE. Luân canh cây họ đậu theo FAO. Đối chiếu lại lần cuối 10/09/2026.