Nitrogen (N), Unsur Nomor Atom 7: Dari Atmosfer hingga Siklus Kehidupan

Nitrogen adalah unsur kimia dengan simbol N dan nomor atom 7. Dalam bentuk gas N₂, unsur ini menyusun sekitar 78% atmosfer Bumi. Kita menghirupnya setiap saat, tetapi tubuh manusia tidak dapat langsung mengambil nitrogen dari udara. Nitrogen yang membangun protein dan DNA masuk melalui makanan setelah lebih dahulu berpindah bentuk dalam siklus nitrogen.

Video pengantar tentang identitas, sejarah, sifat, dan pemanfaatan nitrogen.

Kartu identitas nitrogen

Nama unsur	Nitrogen
Simbol	N
Nomor atom	7
Massa atom relatif	14,007
Golongan dan periode	Golongan 15, periode 2
Konfigurasi elektron	1s² 2s² 2p³ atau [He] 2s² 2p³
Keadaan pada suhu ruang	Gas
Titik didih	Sekitar −195,8 °C

Nomor atom menunjukkan jumlah proton dalam inti. Jadi, semua atom nitrogen memiliki tujuh proton. Atom netralnya juga mempunyai tujuh elektron: dua pada tingkat energi pertama dan lima elektron valensi pada tingkat berikutnya. Susunan ini memungkinkan nitrogen membentuk berbagai ikatan dan senyawa.

Dari mana nama nitrogen berasal?

Daniel Rutherford mengidentifikasi nitrogen sebagai zat berbeda pada 1772. Nama “nitrogen” berasal dari kata Yunani nitron dan genes, yang berkaitan dengan pembentuk nitrat. Dalam sejarah kimia, Antoine Lavoisier menyebut gas ini azote, karena tidak menopang kehidupan atau pembakaran ketika hadir tanpa oksigen.

Mengapa nitrogen udara berbentuk N₂?

Di atmosfer, dua atom nitrogen berikatan membentuk molekul N₂. Keduanya dihubungkan oleh ikatan rangkap tiga yang sangat kuat. Ikatan ini membuat N₂ relatif stabil dan tidak mudah bereaksi pada kondisi biasa.

Kestabilan tersebut berguna karena atmosfer tidak bereaksi secara liar dengan semua benda. Namun, sifat yang sama membuat kebanyakan tumbuhan dan hewan tidak mampu memakai N₂ secara langsung. Nitrogen harus “difiksasi” menjadi bentuk reaktif seperti amonia atau amonium sebelum dapat masuk ke jaringan makhluk hidup.

N₂ tidak sama dengan semua senyawa nitrogen

• N₂: gas nitrogen atmosfer yang relatif stabil.
• NH₃ dan NH₄⁺: amonia dan amonium; penting dalam pupuk dan siklus tanah, tetapi sifatnya berbeda.
• NO₂⁻ dan NO₃⁻: nitrit dan nitrat, bentuk yang terlibat dalam tanah, air, serta nutrisi tumbuhan.
• N₂O: dinitrogen oksida, senyawa berbeda yang merupakan gas rumah kaca.
• Protein dan DNA: molekul biologis yang mengandung atom nitrogen bersama unsur lain.

Karena bentuknya berbeda, pernyataan “nitrogen aman” atau “nitrogen berbahaya” tidak cukup tanpa menyebut senyawa, konsentrasi, dan kondisi. Gas N₂, amonia, nitrat, dan nitrogen di dalam protein mempunyai sifat serta risiko yang berbeda.

Bagaimana siklus nitrogen bekerja?

1. Fiksasi nitrogen: bakteri tertentu mengubah N₂ menjadi amonia atau amonium. Petir dan proses industri juga dapat menghasilkan bentuk nitrogen reaktif.
2. Nitrifikasi: mikroorganisme mengubah amonium menjadi nitrit, kemudian nitrat.
3. Asimilasi: tumbuhan mengambil amonium atau nitrat untuk membentuk asam amino, protein, dan molekul lain. Hewan mendapatkannya dengan memakan tumbuhan atau hewan lain.
4. Amonifikasi: pengurai memproses sisa organisme dan limbah, mengembalikan nitrogen organik menjadi amonium.
5. Denitrifikasi: mikroorganisme tertentu mengubah nitrat kembali menjadi gas, termasuk N₂, sehingga nitrogen kembali ke atmosfer.

Siklus ini bukan lingkaran sederhana yang selalu berjalan dengan laju sama. Kelembapan, oksigen, suhu, jenis tanah, aktivitas mikroba, dan kegiatan manusia memengaruhi jalurnya.

Bagaimana pupuk nitrogen dibuat?

Proses Haber–Bosch menggabungkan nitrogen dari udara dengan hidrogen untuk menghasilkan amonia:

N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃

Amonia menjadi bahan awal berbagai pupuk. Pupuk nitrogen membantu tanaman menghasilkan protein dan klorofil, sehingga penting bagi produksi pangan. Namun, takaran yang lebih banyak tidak selalu lebih baik. Tanaman hanya menyerap sebagian; sisanya dapat berpindah ke udara atau terbawa air.

Ketika nitrogen berlebih menjadi pencemar

Nitrat dan senyawa nitrogen lain yang masuk berlebihan ke sungai, danau, atau pesisir dapat memicu pertumbuhan alga. Ketika alga mati dan diuraikan, proses tersebut menghabiskan oksigen terlarut. Akibatnya, ikan dan organisme air dapat kesulitan bertahan. Sebagian ledakan alga juga menghasilkan racun.

Masalah ini disebut pencemaran nutrien atau eutrofikasi. Sumbernya dapat mencakup pupuk pertanian, kotoran ternak, air limbah, limpasan perkotaan, serta emisi pembakaran yang kembali ke permukaan. Pengelolaan pupuk yang tepat, pengolahan air limbah, zona penyangga vegetasi, dan pemantauan kualitas air membantu mengurangi kelebihan nitrogen.

Kegunaan nitrogen

• Pupuk: amonia dan senyawa turunannya menyediakan nitrogen untuk tanaman.
• Atmosfer inert: gas N₂ digunakan untuk mengurangi kontak bahan dengan oksigen dalam pengemasan pangan, industri elektronik, dan proses kimia.
• Pendinginan kriogenik: nitrogen cair dipakai untuk pendinginan sangat rendah dalam laboratorium, industri, dan penyimpanan biologis.
• Industri material: nitrogen digunakan dalam perlakuan logam dan pembuatan beberapa senyawa serta bahan khusus.

Apakah nitrogen berbahaya?

Gas nitrogen tidak berwarna dan tidak berbau. Ia bukan racun dalam pengertian biasa, tetapi dapat menggantikan oksigen di ruang tertutup. Kekurangan oksigen dapat menyebabkan hilang kesadaran tanpa tanda bau atau iritasi. Ruang yang memakai nitrogen memerlukan ventilasi, pemantauan oksigen, dan prosedur kerja profesional.

Nitrogen cair bersuhu sekitar −196 °C. Kontak dapat merusak jaringan, sedangkan cairan yang menguap mengembang menjadi gas. Karena itu, nitrogen cair tidak boleh dimasukkan ke wadah tertutup rapat, disentuh, atau digunakan sebagai eksperimen tanpa fasilitas, pelatihan, alat pelindung, dan pengawasan yang sesuai.

Latihan singkat

1. Apa arti nomor atom 7 pada nitrogen?
2. Mengapa manusia tidak memperoleh nitrogen tubuh dengan menyerap N₂ langsung dari udara?
3. Apa perbedaan fiksasi, nitrifikasi, dan denitrifikasi?
4. Mengapa kelebihan pupuk nitrogen dapat mengurangi oksigen di perairan?

Lihat panduan jawaban

1. Semua atom nitrogen mempunyai tujuh proton.
2. Ikatan rangkap tiga N₂ sangat stabil; nitrogen perlu diubah menjadi bentuk reaktif dan masuk melalui rantai makanan.
3. Fiksasi mengubah N₂ menjadi amonia/amonium; nitrifikasi mengubah amonium menjadi nitrit lalu nitrat; denitrifikasi mengembalikan nitrat menjadi gas nitrogen.
4. Nutrien berlebih memicu pertumbuhan alga; penguraian biomassa alga menghabiskan oksigen terlarut.

Sumber dan bacaan lanjutan

• Royal Society of Chemistry — Nitrogen: element information, properties and uses
• PubChem — Nitrogen (Element)
• U.S. Geological Survey — Nitrogen and Water
• U.S. Environmental Protection Agency — Nutrient Pollution
• NIOSH Pocket Guide — Nitrogen