¿A qué llamarías
el descubrimiento más importante
del último par de siglos?
¿La computadora?
¿El automóvil?
¿La electricidad?
O, ¿quizás el descubrimiento del átomo?
Yo diría que es esta reacción química:
1 molécula de gas de nitrógeno
más 3 moléculas de gas de hidrógeno
que da 2 moléculas
de gas de amoníaco.
Este es el proceso de Haber,
que enlaza las moléculas
de nitrógeno del aire
a moléculas de hidrógeno,
o que convierte el aire
en fertilizante.
Sin esta reacción,
los agricultores solo pueden
producir alimentos suficientes
para 4000 millones de personas;
nuestra población actual es
un poco más de 7000 millones.
Así que sin el proceso de Haber
más de 3000 millones de personas
no tendrían alimentos.
Como ves, el nitrógeno
en forma de nitrato, NO3,
es un nutriente esencial
para la sobrevivencia de las plantas.
Cuando los cultivos crecen,
consumen nitrógeno
que extraen de la tierra.
El nitrógeno puede reponerse
mediante largos procesos
naturales de fertilización
como la descomposición de animales,
pero los humanos
queremos producir alimentos
mucho más rápido.
Ahora, esta es la parte frustrante:
el 78 % del aire está
compuesto de nitrógeno,
pero los cultivos no pueden tomar
el nitrógeno del aire
porque contiene
enlaces triples muy fuertes
que los cultivos no pueden romper.
Lo que hizo Haber, básicamente,
fue conseguir una forma
de tomar este nitrógeno en el aire
y ponerlo en la tierra.
En 1908, el químico alemán Fritz Haber
desarrolló un método químico
para usar las grandes cantidades
de nitrógeno en el aire.
Haber creó un método
que tomaba el nitrógeno del aire
y lo enlazaba al hidrógeno
para formar amoníaco.
El amoníaco puede ser
inyectado a la tierra
que lo convierte
rápidamente en nitrato.
Pero para usar
el proceso de Haber
para alimentar al mundo
había que hallar una forma
de crear muchísimo amoníaco
de forma fácil y rápida.
Para entender
cómo logró Haber esta hazaña,
tenemos que saber algo
sobre el equilibro químico.
El equilibrio químico
puede alcanzarse
si tienes una reacción
en un contenedor cerrado.
Por ejemplo, digamos que pones
hidrógeno y nitrógeno
en un contenedor cerrado
y dejas que reaccione.
Al comienzo del experimento
tenemos bastante nitrógeno e hidrógeno
así que la formación de amoníaco
ocurre muy rápidamente.
Pero a medida que reaccionan
el hidrógeno y el nitrógeno
y se empiezan a gastar,
la reacción se ralentiza
porque hay menos
nitrógeno e hidrógeno
en el contenedor.
Con el tiempo, las moléculas
de amoníaco llegan a un punto
que empiezan a descomponerse
nuevamente en nitrógeno e hidrógeno.
Después de un tiempo,
las 2 reacciones
de creación y descomposición
de amoníaco
alcanzan la misma velocidad.
Cuando ambas velocidades
llegan a ser iguales
decimos que se ha
alcanzado el equilibrio.
Esto puede parecer
algo bueno, pero no lo es
cuando lo que quieres
es crear grandes
cantidades de amoníaco.
Haber no quería que el amoníaco
se descompusiera, en absoluto,
pero si solo se deja reaccionar
en el contenedor cerrado
es lo que ocurrirá.
Aquí es donde Henry Le Chatelier,
un químico francés,
viene a ayudar.
Él descubrió
que si a un sistema en equilibrio
se le agrega algo,
digamos, nitrógeno,
el sistema intentará
regresar nuevamente al equilibrio.
Le Chatelier también descubrió
que si se aumenta
la cantidad de presión
en el sistema,
el sistema intentará
regresar a la presión que tenía.
Es como estar en
un cuarto muy lleno.
Mientras haya más moléculas,
habrá más presión.
Si regresamos a nuestra ecuación
vemos que a la izquierda...
hay 4 moléculas a la izquierda
y solo 2 a la derecha.
Así que si queremos que
el cuarto esté menos lleno,
y en consecuencia,
haya menos presión,
el sistema empezará
a combinar nitrógeno e hidrógeno
para crear las más compactas
moléculas de amoníaco.
Haber descubrió que para crear
grandes cantidades de amoníaco
tendría que diseñar una máquina
que agregara nitrógeno
e hidrógeno de forma continua
mientras se aumenta
al mismo tiempo la presión
en el sistema de equilibrio,
que fue exactamente lo que hizo.
Hoy en día, el amoníaco
es el compuesto químico
que más se produce en el mundo.
Se producen al año unas 131 millones
de toneladas métricas,
unos 132 000 millones
de kilos de amoníaco.
Eso es como la masa
de 30 millones
de elefantes africanos
que pesan unos
4500 kilos cada uno.
El 80 % del amoníaco se usa
en la producción de fertilizantes,
mientras que el resto se usa
en productos de limpieza,
industriales y domésticos
y para producir otros
compuestos de nitrógeno,
como el ácido cítrico.
Estudios recientes han descubierto
que la mitad del nitrógeno
de estos fertilizantes
no es asimilado por las plantas.
Como consecuencia,
se encuentra nitrógeno
como compuesto químico volátil
en las masas de agua terrestre
y en la atmósfera,
contaminando de forma severa
nuestro medio ambiente.
Claro que Haber
no pronosticó este problema
cuando presentó su invento.
Siguiendo su visión pionera,
los científicos de hoy en día buscan
un nuevo proceso Haber del siglo XXI
que nos ayude de la misma forma
pero sin las peligrosas consecuencias.