空気中に最も多く存在する窒素はアミノ酸など様々な重要元素

2019年08月30日

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空気の約20％は酸素O₂と言うのは有名ですが、残りの80％弱は実は窒素N₂が占めています。

実際には、約78％が窒素で、約21％が酸素で、残り１％はその他のガスとなっています。

英語では「nitrogen」で元素記号では「N」と表します。

空気には酸素よりも窒素の方が多いですが、窒素だけでは生きられません。

そのため、昔は「駄目な空気」「窒息させる」と言う風に言われていました。
日本語の「窒素」と言うのはそこからきています。

実際に、エレベーターなどの密閉された小部屋で、液体窒素がこぼれて気化すると、窒素が増えて酸素濃度が低下するため酸欠になります。

◎窒素は様々な基本となる原子

窒素の存在は最も身近にあるのにも関わらず、1772年に初めて単体分離に成功し、質量保存の法則でも有名なラヴォアジエが窒素と言う元素として初めて発見しました。

窒素は空気や地中のも多く存在し、それを利用して生物にも欠かせない元素となっています。

窒素の単体ガスN2は、高圧下で液化させると、液体窒素として、-195.8℃まで冷やすことができます。

僕は大学のころから研究開発の会社に入っても、SEM（走査型電子顕微鏡）やEDX（エネルギー分散型X線回折）で試料室を冷やすためにかなり使っていました。

身近な存在では、氷結やエクストラコールドビールなどは、この液体窒素で「-196℃」まで冷やしたとよく表現されていますよね。

◎窒素の性質

窒素原子が2つ結合して「N₂」になると、構造では「N≡N」と三重結合で表記され、非常に安定なガスとなります。

期待から液体になる温度が-195.8℃であることから、液体窒素と呼ばれる冷却材としての使用が有名です。

また、非常に安定な不活性で酸化や湿気を防ぐことから、窒素１００％のガスは保存ガス、乾燥ガス、タイヤのガスとしても利用されています。

◎窒素化合物の循環

窒素ガス自体は非常に安定で分解されないが、大気中のカミナリの放電によって地中に分解されて存在します。

それが微生物に利用され、肥料として土壌に存在します。

そして、植物がそれを利用し成長し、今度は動物がアミノ酸やタンパク質として利用していきます。

最後に、糞やガスとして排出され、それがまた微生物によって処理され、大気に変えるような循環をたどっています。

植物の土壌にとっての重要な肥料は、窒素、リン、カリウムです。

窒素は水素や酸素と結合したイオンで利用され、アンモニア系（NH₄⁺）、硝酸系（NO₃^–)として水に溶けて利用されます。

ガスとしては、アンモニア（NH₃）、二酸化窒素（NO₂）などで存在しています。

動物にとっても重要なアミノ酸は、（CONH^–）と言うペプチド結合が基本とした化合物で様々な種類があります。

運動や疲労回復にとって必要な「バリン」「ロイシン」などがアミノ酸ですね。

このアミノ酸が多く結合したものを「タンパク質」と言い、動物の筋肉や皮膚などを作っています。

タンパク質は肉や魚などの動物性と豆や穀物などの植物性とありますが、それに含まれているアミノ酸の成分は異なります。

必須アミノ酸は肉に多く含まれていることからも、植物性だけからタンパク質を取っていると不足するのです。

だから、両方からなるべく取ることが好ましいのですね。

◎まとめ

窒素は地球の大気中に最も多く存在するガスであり、動植物が生きていく上での化合物としても必須の元素です。

その割には窒素としては、あまり話に上がらないですが、素晴らしい影の功労者なんですね。

すいへーりーべー元素記号覚え方集(下ネタで周期表やイオン化傾向)

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