WEBVTT

00:00:07.239 --> 00:00:08.052
Что бы вы назвали

00:00:08.052 --> 00:00:09.579
самым важным открытием,

00:00:09.579 --> 00:00:11.581
сделанным за последние 
несколько столетий?

00:00:11.581 --> 00:00:12.614
Компьютер?

00:00:12.614 --> 00:00:13.263
Автомобиль?

00:00:13.263 --> 00:00:14.168
Электричество?

00:00:14.168 --> 00:00:16.145
Или, может быть, открытие атома?

00:00:16.145 --> 00:00:19.592
Я готов поспорить, 
что это химическая реакция:

00:00:19.592 --> 00:00:21.213
молекула азота

00:00:21.213 --> 00:00:23.297
плюс три молекулы водорода

00:00:23.297 --> 00:00:26.739
дают две молекулы аммиака.

00:00:26.739 --> 00:00:28.343
Это процесс Габера,

00:00:28.343 --> 00:00:30.925
процесс связывания 
молекул азота из воздуха

00:00:30.925 --> 00:00:32.431
с молекулами водорода,

00:00:32.431 --> 00:00:35.564
или, по-другому, 
превращение воздуха в удобрение.

00:00:35.564 --> 00:00:36.806
Без этой реакции

00:00:36.806 --> 00:00:39.482
фермеры смогли бы обеспечить 
достаточным количеством еды

00:00:39.482 --> 00:00:41.348
лишь 4 миллиарда человек.

00:00:41.348 --> 00:00:44.880
На текущий момент 
нас более 7 миллиардов.

00:00:44.880 --> 00:00:46.881
Таким образом, без процесса Габера

00:00:46.881 --> 00:00:51.306
более 3 миллиардов людей 
осталось бы без еды.

00:00:51.306 --> 00:00:55.025
Как вы видите, 
азот в виде нитрата, NO3,

00:00:55.025 --> 00:00:58.205
является питательным веществом, 
необходимым для выживания растений.

00:00:58.205 --> 00:01:00.706
Различные культуры по мере своего роста 
потребляют азот,

00:01:00.706 --> 00:01:02.425
удаляя его из почвы.

00:01:02.425 --> 00:01:03.923
Азот может пополняться

00:01:03.923 --> 00:01:06.346
с помощью длительных процессов 
естественного удобрения,

00:01:06.346 --> 00:01:07.845
таких, как разлагающиеся трупы животных.

00:01:07.845 --> 00:01:09.679
Но люди хотят выращивать пищу

00:01:09.679 --> 00:01:11.680
намного быстрее.

00:01:11.680 --> 00:01:13.591
Теперь печальный факт:

00:01:13.591 --> 00:01:16.594
в атмосферном воздухе около 78% азота,

00:01:16.594 --> 00:01:19.396
но растения не могут 
просто брать азот из воздуха,

00:01:19.396 --> 00:01:22.511
поскольку он содержит 
очень сильные тройные связи,

00:01:22.511 --> 00:01:24.643
которые растения не могут разорвать.

00:01:24.643 --> 00:01:26.643
Габер сделал следующее:

00:01:26.643 --> 00:01:27.762
он понял, как можно

00:01:27.762 --> 00:01:29.529
взять азот из воздуха

00:01:29.529 --> 00:01:31.281
и поместить его в землю.

00:01:31.281 --> 00:01:34.864
В 1908 году немецкий химик Фриц Габер

00:01:34.864 --> 00:01:36.176
разработал химический способ

00:01:36.176 --> 00:01:39.020
использования огромных запасов 
азота из воздуха.

00:01:39.020 --> 00:01:39.890
Габер нашёл метод,

00:01:39.890 --> 00:01:41.594
который позволял брать азот из воздуха

00:01:41.594 --> 00:01:43.046
и связывать его с водородом,

00:01:43.046 --> 00:01:45.242
формируя аммиак.

00:01:45.242 --> 00:01:47.797
Аммиак затем может быть введён в почву,

00:01:47.797 --> 00:01:50.506
где он быстро преобразуется в нитрат.

00:01:50.506 --> 00:01:53.100
Но если бы этот процесс 
собирались применять ради того,

00:01:53.100 --> 00:01:54.950
чтобы накормить население 
всего мира, то Габеру

00:01:54.950 --> 00:01:55.213
следовало найти

00:01:55.213 --> 00:01:58.415
лёгкий и быстрый способ производства 
огромного количества аммиака.

00:01:58.415 --> 00:01:59.381
Чтобы понять,

00:01:59.381 --> 00:02:01.900
как Габер сумел этого достичь,

00:02:01.900 --> 00:02:02.179
нам следует знать

00:02:02.179 --> 00:02:04.397
кое-что о химическом равновесии.

00:02:04.397 --> 00:02:06.346
Химическое равновесие 
может быть достигнуто,

00:02:06.346 --> 00:02:09.514
когда реакция проходит в закрытой таре.

00:02:09.514 --> 00:02:11.233
Например, вы помещаете

00:02:11.233 --> 00:02:14.346
водород и азот в закрытый контейнер,

00:02:14.346 --> 00:02:16.158
где они начинают взаимодействовать.

00:02:16.158 --> 00:02:17.757
В самом начале эксперимента

00:02:17.757 --> 00:02:20.370
азота и водорода очень много,

00:02:20.370 --> 00:02:22.006
и синтез аммиака

00:02:22.006 --> 00:02:24.098
протекает с большой скоростью.

00:02:24.098 --> 00:02:26.680
Но по мере того, как водород и азот 
взаимодействуют

00:02:26.680 --> 00:02:28.261
и расходуются,

00:02:28.261 --> 00:02:29.883
скорость реакции замедляется,

00:02:29.883 --> 00:02:31.842
поскольку снижается 
количество молекул обоих элементов

00:02:31.842 --> 00:02:33.625
в контейнере.

00:02:33.625 --> 00:02:36.347
В конце концов, молекулы аммиака 
достигают точки,

00:02:36.347 --> 00:02:38.058
в которой они начинают распадаться

00:02:38.058 --> 00:02:41.339
обратно на азот и водород.

00:02:41.339 --> 00:02:43.063
Спустя некоторое время обе реакции –

00:02:43.063 --> 00:02:45.588
синтез и распад аммиака –

00:02:45.588 --> 00:02:47.634
достигнут одинаковой скорости.

00:02:47.634 --> 00:02:49.341
Когда эти скорости равны,

00:02:49.341 --> 00:02:52.147
мы говорим, что реакция 
достигла равновесия.

00:02:53.146 --> 00:02:55.280
Это может хорошо звучать, 
но не в том случае,

00:02:55.280 --> 00:02:56.511
если вы хотите

00:02:56.511 --> 00:02:58.817
произвести тонну аммиака.

00:02:58.817 --> 00:03:00.336
Габер хотел, чтобы аммиак

00:03:00.336 --> 00:03:01.855
вообще не распадался,

00:03:01.855 --> 00:03:03.374
но если вы просто 
дадите реакции протекать

00:03:03.374 --> 00:03:04.865
в закрытой таре,

00:03:04.865 --> 00:03:06.487
вот что произойдёт.

00:03:06.487 --> 00:03:08.794
И здесь Анри Луи Ле Шателье,

00:03:08.794 --> 00:03:09.981
французский химик,

00:03:09.981 --> 00:03:11.271
пришёл на помощь.

00:03:11.271 --> 00:03:12.705
Он обнаружил,

00:03:12.705 --> 00:03:14.590
что если взять равновесную систему

00:03:14.590 --> 00:03:16.296
и добавить к ней что-то,

00:03:16.296 --> 00:03:17.723
скажем, азот,

00:03:17.723 --> 00:03:18.715
система будет стремиться

00:03:18.715 --> 00:03:20.921
вернуться к состоянию равновесия снова.

00:03:20.921 --> 00:03:22.296
Ле Шателье также обнаружил,

00:03:22.296 --> 00:03:23.469
что если увеличить

00:03:23.469 --> 00:03:25.596
давление на систему,

00:03:25.596 --> 00:03:26.761
то она будет пытаться

00:03:26.761 --> 00:03:28.978
вернуть давление на прежний уровень.

00:03:28.978 --> 00:03:30.675
Это можно сравнить 
с переполненной комнатой.

00:03:30.675 --> 00:03:32.182
Чем больше молекул,

00:03:32.182 --> 00:03:33.773
тем выше давление.

00:03:33.773 --> 00:03:35.529
Если мы ещё раз посмотрим 
на наше уравнение,

00:03:35.529 --> 00:03:37.532
то увидим, что с левой стороны

00:03:37.532 --> 00:03:39.681
есть четыре молекулы,

00:03:39.681 --> 00:03:41.776
а справа их только две.

00:03:41.776 --> 00:03:44.278
Таким образом, если мы хотим, 
чтобы в комнате стало свободнее,

00:03:44.278 --> 00:03:45.872
и, как следствие этого, давление снизилось,

00:03:45.872 --> 00:03:46.779
система должна начать

00:03:46.779 --> 00:03:48.670
соединять азот и водород,

00:03:48.670 --> 00:03:51.804
синтезируя более компактные 
молекулы аммиака.

00:03:51.804 --> 00:03:53.821
Габер понял, что для того, 
чтобы производить

00:03:53.821 --> 00:03:55.100
аммиак в большом количестве,

00:03:55.100 --> 00:03:56.604
ему нужно было создать устройство,

00:03:56.604 --> 00:03:59.600
которое бы непрерывно добавляло 
азот и водород,

00:03:59.600 --> 00:04:01.438
одновременно с этим увеличивая давление

00:04:01.438 --> 00:04:03.314
на равновесную систему.

00:04:03.314 --> 00:04:05.480
Именно это он и сделал.

00:04:05.480 --> 00:04:08.030
На сегодняшний день аммиак – 
важнейший продукт

00:04:08.030 --> 00:04:10.313
химической промышленности по всему миру.

00:04:10.313 --> 00:04:14.891
Примерно 131 миллион тонн 
производится каждый год,

00:04:14.891 --> 00:04:18.314
что примерно равно 
119 миллиардам кг аммиака.

00:04:18.314 --> 00:04:19.363
По массе это равносильно

00:04:19.363 --> 00:04:21.447
30 миллионам африканских слонов,

00:04:21.447 --> 00:04:24.314
каждый из которых 
весит примерно 4 550 кг.

00:04:24.314 --> 00:04:28.087
80% этого аммиака применяется 
для производства удобрений,

00:04:28.087 --> 00:04:29.041
в то время как остальное используется

00:04:29.041 --> 00:04:30.937
для производства промышленных

00:04:30.937 --> 00:04:33.314
и бытовых моющих средств 
и других соединений азота,

00:04:33.314 --> 00:04:35.265
таких, как азотная кислота.

00:04:35.265 --> 00:04:36.345
Последние исследования показали,

00:04:36.345 --> 00:04:38.837
что половина азота из этих удобрений

00:04:38.837 --> 00:04:41.147
не усваивается растениями.

00:04:41.147 --> 00:04:42.977
Вследствие этого азот находится

00:04:42.977 --> 00:04:44.642
в виде летучего химического соединения

00:04:44.642 --> 00:04:47.695
в водных ресурсах и атмосфере Земли,

00:04:47.695 --> 00:04:49.646
нанося серьёзный ущерб 
нашей окружающей среде.

00:04:49.646 --> 00:04:51.475
Конечно, Габер не предвидел 
данной проблемы,

00:04:51.475 --> 00:04:53.095
когда представлял своё открытие.

00:04:53.095 --> 00:04:54.773
Следуя за его новаторской концепцией,

00:04:54.773 --> 00:04:56.388
современные учёные работают

00:04:56.388 --> 00:04:59.054
над созданием нового 
процесса Габера 21-го века,

00:04:59.054 --> 00:05:01.029
который будет приносить такую же пользу

00:05:01.029 --> 00:05:03.359
без опасных последствий.