Qual diriam que é
a mais importante descoberta
feita nos últimos séculos?
É o computador?
O carro?
A eletricidade?
Ou talvez a descoberta do átomo?
Argumentaria que é esta reação química:
uma molécula de azoto gasoso
mais três moléculas de hidrogénio gasoso
produzem duas moléculas de amónia gasosa.
Este é a Síntese de Haber
de ligação de moléculas de azoto do ar
a moléculas de hidrogénio,
ou transformar o ar em fertilizante.
Sem esta reação,
os agricultores não seriam capazes de produzir alimentos suficientes
senão para apenas 4 mil milhões de pessoas;
a nossa atual população é de 7 mil milhões de pessoas.
Sem a Síntese de Haber,
mais de 3 mil milhões de pessoas estariam sem alimentos.
O azoto na forma de nitrato, NO3,
é um nutriente essencial à sobrevivência das plantas.
Quando as culturas crescem, consomem o azoto,
removendo-o do solo.
O azoto pode ser reposto
através de longos processos de fertilização natural
como animais em decomposição.
Mas os humanos querem cultivar alimentos
muito mais rápido do que isso.
Aqui está a parte frustrante:
78% do ar é composto de azoto,
mas as culturas não conseguem simplesmente tirar azoto do ar
porque ele contém ligações triplas muito fortes
que as culturas não conseguem quebrar.
O que Haber basicamente fez
foi criar uma maneira
de tirar este azoto do ar
e colocá-lo no solo.
Em 1908, o químico alemão Fritz Haber
desenvolveu um método químico
para utilizar a vasta reserva de azoto do ar.
Haber descobriu um método
que tirava o azoto do ar
e o ligava ao hidrogénio
para formar amónia.
A amónia pode depois ser injetada no solo,
onde é rapidamente convertida em nitrato.
Mas se a Síntese de Haber ía ser usada
para alimentar o mundo,
ele teria de arranjar uma forma
de criar muita desta amónia fácil e rapidamente.
Para compreender
como Haber atingiu este feito,
precisamos de saber algo
sobre o equilíbrio químico.
O equilíbrio químico pode ser atingido
quando se obtém uma reação num recipiente fechado.
Por exemplo, digamos que pomos
hidrogénio e azoto num recipiente isolado
e deixamos que reajam.
No princípio da experiência,
temos muito azoto e hidrogénio,
pelo que a formação de amónia
se realiza a grande velocidade.
Mas enquanto o hidrogénio e o azoto reagem
e vão sendo gastos,
a reação abranda
porque existe menos azoto e hidrogénio
no recipiente.
Eventualmente, as moléculas de amónia atingem um ponto
em que começam a decompor-se
de novo em azoto e hidrogénio.
Passado um bocado, as duas reações,
criando e quebrando a amónia,
atingem a mesma velocidade.
Quando estas velocidades são iguais,
dizemos que a reação atingiu o equilíbrio.
Isto pode soar bom, mas não o é
quando o que se quer
é apenas criar uma tonelada de amónia.
Haber não quer que a amónia
se quebre de todo,
mas se simplesmente deixarmos a reação
num recipiente isolado,
é o que vai acontecer.
É aqui que Henry Le Chatelier,
um químico francês,
pode ajudar.
O que ele descobriu foi que,
se pegarmos num sistema em equilíbrio
e lhe adicionarmos algo,
tipo, digamos, azoto,
o sistema funcionará
para atingir novamente o equilíbrio.
Le Chatelier também descobriu que,
se aumentarmos
a quantidade de pressão sobre um sistema,
o sistema tenta trabalhar
para regressar à pressão que tinha antes.
É como estar numa sala cheia de gente.
Quanto mais moléculas lá existem,
mais pressão existe.
Se olharmos para a nossa equação,
vemos que, do lado esquerdo,
existem quatro moléculas à esquerda
e apenas duas à direita.
Se queremos que a sala esteja menos cheia de gente,
e, portanto, tenha menos pressão,
o sistema começará
a combinar azoto e hidrogénio
para fazer as moléculas de amónia mais compactas.
Haber percebeu que, para conseguir fazer
grandes quantidades de amónia,
tinha de criar uma máquina
que adicionaria continuamente azoto e hidrogénio
enquanto também aumentasse a pressão
sobre o equilíbrio do sistema.
Foi exatamente o que ele fez.
Hoje, a amónia é um dos compostos químicos
mais produzidos no mundo.
São produzidas por ano cerca de 131 milhões de toneladas,
o que é cerca de 290 mil milhões de libras de peso.
Isso é quase o peso
de 30 milhões de elefantes africanos,
pesando aproximadamente 4,5 toneladas cada um.
80% desta amónia é usada na produção de fertilizantes,
enquanto o resto é usado
em produtos de limpeza industriais e domésticos
e para produzir outros compostos azotados,
como o ácido nítrico.
Estudos recentes descobriram
que metade do azoto destes fertilizantes
não é assimilado pelas plantas.
Consequentemente, o azoto é considerado
um composto químico volátil
nas reservas de água terrestres e na atmosfera,
danificando gravemente o nosso ambiente.
Claro que Haber não previu este problema
quando apresentou esta invenção.
Seguindo a sua visão pioneira,
os cientistas de hoje estão em busca
de uma Síntese de Haber do século XXI,
que atinja o mesmo nível de auxílio
sem as consequências perigosas.