空氣中氮氣最多,為什麼人類卻只能吸收到氧氣而生存?

2020-12-22 火星科普

雖然空氣中成分最多的是氮氣,但人類的生存依賴於第二多的氧氣,而與氮氣無關。這背後的原因在於氮氣和氧氣的不同化學性質。

與氧氣相比,氮氣的化學性質非常穩定,因為組成氮氣分子的兩個氮原子形成了十分穩定的共價三鍵。由於氮氮三鍵的存在,使得氮原子的3p軌道被全部填滿,所以這種共價鍵具有極高的鍵能,這使氮氣分子成為最穩定的雙原子分子。因此,氮氮三鍵很難斷裂而參與化學反應。

相比之下,氧氣分子中的兩個氧原子形成的是雙鍵,鍵能較低,容易被打斷而參與化學反應,所以氧氣要比氮氣更為活潑。

人類想要生存,就必須消耗能量進行新陳代謝,這就需要發生化學反應。由於氧氣比較活潑,很容易參與化學反應,並且反應後能夠釋放出能量,所以人類呼吸氧氣用於體內的化學反應。而氮氣太穩定了,並且它們參與的反應往往會吸收能量,所以人類不會利用氮氣。

不過,地球上有少數生物並不依賴於氧氣,固氮細菌可以利用氮氣。事實上,早期地球生物都是微生物,並且它們都是厭氧的,那時地球上幾乎沒有氧氣。

藍藻細菌

到了大約26億年前,地球上出現了大量的藍藻細菌,它們通過光合作用製造出了大量的氧氣,導致當時的厭氧微生物大量滅絕,因為氧氣對於它們而言是有毒氣體,這就是大氧化事件。在此之後,地球上出現的生物大多依賴於氧氣。

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