Care este
cea mai importantă descoperire
a ultimelor patru secole?
Calculatorul?
Maşina?
Electricitatea?
Poate descoperirea atomului?
Eu cred că este această reacţie chimică:
dintr-o moleculă de azot gazos
şi trei molecule de hidrogen gazos
se obţin două molecule de amoniac gazos.
Este procedeul Haber
de a uni molecule de azot în aer
cu molecule de hidrogen
sau transformarea aerului în fertilizator.
Fără această reacţie,
fermierii nu ar putea produce destulă hrană
pentru 4 miliarde de oameni;
populaţia actuală este de 7 miliarde.
Fără acest procedeu Haber,
3 miliarde de oameni nu ar avea hrană.
Azotul, sub formă de azotat [NO3]-,
este un nutrient esenţial plantelor.
Culturile cresc şi consumă nitrogen,
pe care îl iau din sol.
Nitrogenul poate fi alimentat
printr-un proces natural de fertilizare
ca descompunerea animalelor,
dar oamenii vor hrană
mult mai repede.
Partea frustrantă este că:
78% din aer este compus din azot,
dar culturile nu îl pot lua din aer
pentru că azotul gazos N2 are legături triple puternice,
pe care culturile nu le pot rupe.
Haber
a găsit o cale
să ia acest azot din aer
şi să îl pună în sol.
În 1908, chimistul German Fritz Haber
a dezvoltat o metodă chimică
care folosea azotul din aer.
El a găsit o metodă
care lua nitrogenul din aer
şi îl lega de hidrogen
pentru a forma amoniac.
Amoniacul poate fi injectat apoi în sol,
unde este transformat rapid în azotat de amoniu.
Dar dacă procesul urma să fie folosit
pentru a hrăni lumea,
trebuia să găsească o cale
să obţină mult amoniac rapid şi uşor.
Pentru a înţelege
cum a procedat Haber,
trebuie să cunoaştem ceva
despre echilibrul chimic.
Echilibrul chimic poate fi obţinut
când există o reacţie în mediu izolat.
Să spunem că punem
hidrogen şi azot într-un container închis
şi le lăsăm să reacţioneze.
La început,
avem mult azot şi hidrogen,
aşa că amoniacul
se obţine foarte repede.
Dar după ce reacţionează
şi interacţiunea se termină,
reacţia încetineşte
pentru că e mai puţin azot şi hidrogen
în container.
Într-un final, moleculele de amoniac pot ajunge la un punct
în care încep să se descompună
în cele două substanţe.
După un timp, cele două reacţii
care crează şi descompun amoniacul,
ajung la aceeaşi viteză.
Când vitezele sunt egale,
spunem că au ajuns la echilibru.
Pare bine, dar nu este
și atunci când vrei
să obţii o tonă de amoniac.
Haber nu voia ca amoniacul
să se redescompună,
dar dacă laşi reacţia
în container închis,
asta se întâmplă.
Aici, Henry Le Chatelier,
un chimist Francez,
a putut contribui.
El a realizat că
dacă ai un sistem în echilibru
şi adaugi ceva,
de exemplu azot,
sistemul va lucra
pentru a ajunge iar la echilibru.
El a realizat de asemenea că
dacă mărești
presiunea într-un sistem,
sistemul lucrează
să revină la presiunea iniţială.
Ca într-o cameră aglomerată.
Cu cât sunt mai multe molecule,
cu atât este presiunea mai mare.
În ecuaţia noastră,
la stânga vedem
că există patru molecule la stânga
şi doar două la dreapta.
Deci, dăcă vrem să eliberăm camera
să avem mai puţină presiune,
sistemul va începe
să combine azotul şi hidrogenul
pentru a compacta moleculele de amoniac.
Haber a realizat că pentru a face
cantităţi mari de amoniac,
ar trebui să creeze o maşină
care să adauge continuu azot și hidrogen
şi să crească presiunea
sistemului de echilibru
şi exact asta a făcut.
Amoniacul este cel mai produs
compus chimc din lume.
Anual se produc peste 131 de milioane de tone,
adică 290 de miliarde de pounds de amoniac.
Este egal cu masa
a 30 de milioane de elefanţi din Africa,
care cântăresc 10.000 de pounds fiecare.
80% din cantitate este utilizată la fertilizare,
iar restul în
produse de curăţat industriale și casnice
şi la producerea altor compuşi de azot,
ca acidul nitric.
Studii recente au arătat
că jumătate din nitrogenul fertilizatorilor
nu este asimilat de plante.
Ca urmare este găsit
ca şi compus volatil
în apa şi atmosfera Pământului,
afectând mediul.
Haber nu a prevăzut aceste probleme
când a făcut invenţia.
Pe baza viziunii sale,
oamenii de ştiinţă caută
un nou proces Haber pentru secolul XXI,
prin care să obţină acelaşi rezultat
fără consecinţe periculoase.