¿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.