WEBVTT

00:00:07.239 --> 00:00:08.052
对你来说

00:00:08.052 --> 00:00:09.579
在过去几个世纪里

00:00:09.579 --> 00:00:11.581
人类最重大的发现是什么？

00:00:11.581 --> 00:00:12.614
电脑？

00:00:12.614 --> 00:00:13.263
汽车？

00:00:13.263 --> 00:00:14.168
电？

00:00:14.168 --> 00:00:16.145
还是原子的发现？

00:00:16.145 --> 00:00:19.592
我认为应该是以下的化学反应：

00:00:19.592 --> 00:00:21.213
一个氮气分子

00:00:21.213 --> 00:00:23.297
加上三个氢气分子

00:00:23.297 --> 00:00:26.739
反应产生两个氨气分子

00:00:26.739 --> 00:00:28.343
这个叫做哈伯制氨法

00:00:28.343 --> 00:00:30.925
它将空气中的氮气分子

00:00:30.925 --> 00:00:32.431
与氢气分子结合

00:00:32.431 --> 00:00:35.564
将空气变为肥料

00:00:35.564 --> 00:00:36.806
如果没有哈伯制氨法

00:00:36.806 --> 00:00:39.482
那么全世界的粮食产量

00:00:39.482 --> 00:00:41.348
最多只能养活40亿人

00:00:41.348 --> 00:00:44.880
而我们现在的世界人口超过70亿

00:00:44.880 --> 00:00:46.881
所以，如果没有哈伯制氨法

00:00:46.881 --> 00:00:51.306
超过30亿人将没有食物

00:00:51.306 --> 00:00:55.025
硝酸盐（NO3）中的氮元素

00:00:55.025 --> 00:00:58.205
是植物生长所必需的营养

00:00:58.205 --> 00:01:00.706
农作物在生长时

00:01:00.706 --> 00:01:02.425
从土壤中吸收氮

00:01:02.425 --> 00:01:03.923
通过自然的方式

00:01:03.923 --> 00:01:06.346
来补充土壤中的氮则需要很长时间

00:01:06.346 --> 00:01:07.845
比如从动物尸体的腐烂过程中产生。

00:01:07.845 --> 00:01:09.679
但是人们往往需要在更短时间内耕种农作物

00:01:09.679 --> 00:01:11.680
但是人们往往需要在更短时间内耕种农作物

00:01:11.680 --> 00:01:13.591
让大家特别头疼的是：

00:01:13.591 --> 00:01:16.594
虽然氮气占空气成分的78%

00:01:16.594 --> 00:01:19.396
但是农作物不能直接从空气中吸收氮气

00:01:19.396 --> 00:01:22.511
因为氮气分子拥有坚固的三键结构

00:01:22.511 --> 00:01:24.643
很难被农作物破坏

00:01:24.643 --> 00:01:26.643
哈伯找到了一种

00:01:26.643 --> 00:01:27.762
能够把空气里的氮吸取出来

00:01:27.762 --> 00:01:29.529
然后注入土壤中的方法

00:01:29.529 --> 00:01:31.281
然后注入土壤中的方法

00:01:31.281 --> 00:01:34.864
在1908年，德国化学家弗里茨·哈伯

00:01:34.864 --> 00:01:36.176
发明了一种化学方法

00:01:36.176 --> 00:01:39.020
有效地将空气中丰富的氮资源利用起来

00:01:39.020 --> 00:01:39.890
他的这种方法

00:01:39.890 --> 00:01:41.594
把空气中的氮气与氢气结合

00:01:41.594 --> 00:01:43.046
把空气中的氮气与氢气结合

00:01:43.046 --> 00:01:45.242
形成氨气

00:01:45.242 --> 00:01:47.797
氨气可以被注入土壤中

00:01:47.797 --> 00:01:50.506
并且很快地被转化成硝酸盐

00:01:50.506 --> 00:01:53.100
但是如果要用哈伯制氨法

00:01:53.100 --> 00:01:54.950
来保证世界粮食产量

00:01:54.950 --> 00:01:55.213
他则须要找到一种能够快速且容易的制造氨气的方法

00:01:55.213 --> 00:01:58.415
他则须要找到一种能够快速且容易的制造氨气的方法

00:01:58.415 --> 00:01:59.381
为了理解

00:01:59.381 --> 00:02:01.900
哈伯是怎样完成此壮举的

00:02:01.900 --> 00:02:02.179
我们首先需要了解一些关于化学平衡的知识

00:02:02.179 --> 00:02:04.397
我们首先需要了解一些关于化学平衡的知识

00:02:04.397 --> 00:02:06.346
化学平衡可以在密封容器里进行反应时被达到

00:02:06.346 --> 00:02:09.514
化学平衡可以在密封容器里进行反应时被达到

00:02:09.514 --> 00:02:11.233
例如

00:02:11.233 --> 00:02:14.346
你把氢气和氮气放入密封容器中

00:02:14.346 --> 00:02:16.158
让它们进行反应

00:02:16.158 --> 00:02:17.757
在实验刚刚开始的时候

00:02:17.757 --> 00:02:20.370
我们有许多的氮气和氢气

00:02:20.370 --> 00:02:22.006
它们高速地发生反应

00:02:22.006 --> 00:02:24.098
形成氨气

00:02:24.098 --> 00:02:26.680
但是，持续的反应渐渐消耗氢气和氮气

00:02:26.680 --> 00:02:28.261
但是，持续的反应渐渐消耗氢气和氮气

00:02:28.261 --> 00:02:29.883
因为容器中

00:02:29.883 --> 00:02:31.842
氢气和氮气的量减少

00:02:31.842 --> 00:02:33.625
反应速度随之减慢

00:02:33.625 --> 00:02:36.347
最终，氨气分子到达一个临界点

00:02:36.347 --> 00:02:38.058
它们开始分解成氮气和氢气

00:02:38.058 --> 00:02:41.339
它们开始分解成氮气和氢气

00:02:41.339 --> 00:02:43.063
此后，两种化学反应

00:02:43.063 --> 00:02:45.588
即氨气的形成和分解

00:02:45.588 --> 00:02:47.634
将渐渐达到同样的速度

00:02:47.634 --> 00:02:49.341
当它们等速时

00:02:49.341 --> 00:02:52.147
反应便被称为达到了化学平衡

00:02:53.146 --> 00:02:55.280
这听起来不错，但其实不然

00:02:55.280 --> 00:02:56.511
因为你仅仅是想制造一吨纯的氨气

00:02:56.511 --> 00:02:58.817
因为你仅仅是想制造一吨纯的氨气

00:02:58.817 --> 00:03:00.336
哈伯不想让反应产生的氨气分解

00:03:00.336 --> 00:03:01.855
哈伯不想让反应产生的氨气分解

00:03:01.855 --> 00:03:03.374
但如果让此化学反应在密封容器中自由进行

00:03:03.374 --> 00:03:04.865
但如果让此化学反应在密封容器中自由进行

00:03:04.865 --> 00:03:06.487
氨气便会分解

00:03:06.487 --> 00:03:08.794
法国化学家

00:03:08.794 --> 00:03:09.981
亨利·路易·勒夏特列

00:03:09.981 --> 00:03:11.271
帮上了忙

00:03:11.271 --> 00:03:12.705
他发现

00:03:12.705 --> 00:03:14.590
如果你向已达到化学平衡的系统里

00:03:14.590 --> 00:03:16.296
加上一些东西

00:03:16.296 --> 00:03:17.723
比如，氮气

00:03:17.723 --> 00:03:18.715
那么这个系统会自动调整，以重新回到平衡

00:03:18.715 --> 00:03:20.921
那么这个系统会自动调整，以重新回到平衡

00:03:20.921 --> 00:03:22.296
勒夏特列还发现

00:03:22.296 --> 00:03:23.469
如果增大系统的压力

00:03:23.469 --> 00:03:25.596
如果增大系统的压力

00:03:25.596 --> 00:03:26.761
为了返回到以前的压力状态，系统将继续反应

00:03:26.761 --> 00:03:28.978
为了返回到以前的压力状态，系统将继续反应

00:03:28.978 --> 00:03:30.675
就像在一个拥挤的房间

00:03:30.675 --> 00:03:32.182
分子的数量越多

00:03:32.182 --> 00:03:33.773
系统的压力就越大

00:03:33.773 --> 00:03:35.529
让我们看看这个反应的化学方程式

00:03:35.529 --> 00:03:37.532
在方程式的左边有四个分子

00:03:37.532 --> 00:03:39.681
在方程式的左边有四个分子

00:03:39.681 --> 00:03:41.776
而方程式的右边只有两个分子

00:03:41.776 --> 00:03:44.278
所以，为了让房间变得不那么拥挤

00:03:44.278 --> 00:03:45.872
以至减小压力

00:03:45.872 --> 00:03:46.779
氮气和氢气的合成反应会重新开始

00:03:46.779 --> 00:03:48.670
氮气和氢气的合成反应会重新开始

00:03:48.670 --> 00:03:51.804
产生更加小巧的氨气分子

00:03:51.804 --> 00:03:53.821
哈伯意识到为了制造大量的氨气

00:03:53.821 --> 00:03:55.100
哈伯意识到为了制造大量的氨气

00:03:55.100 --> 00:03:56.604
他必须首先创造一台机器

00:03:56.604 --> 00:03:59.600
可以连续不断地注入氢气和氮气

00:03:59.600 --> 00:04:01.438
并且持续增加平衡系统的压力

00:04:01.438 --> 00:04:03.314
并且持续增加平衡系统的压力

00:04:03.314 --> 00:04:05.480
他做到了

00:04:05.480 --> 00:04:08.030
今天，氨气是世界上被制造得

00:04:08.030 --> 00:04:10.313
最多的化合物之一

00:04:10.313 --> 00:04:14.891
每年大约有1亿3千1百万公吨的氨气被产出

00:04:14.891 --> 00:04:18.314
重量大约为2900亿磅

00:04:18.314 --> 00:04:19.363
这个相当于

00:04:19.363 --> 00:04:21.447
3千万头每头约1万磅重的非洲大象的总重

00:04:21.447 --> 00:04:24.314
3千万头每头约1万磅重的非洲大象的总重

00:04:24.314 --> 00:04:28.087
80%的氨气被用于制造肥料

00:04:28.087 --> 00:04:29.041
剩下的20%被用于

00:04:29.041 --> 00:04:30.937
工业和家庭用的清洁剂中

00:04:30.937 --> 00:04:33.314
以及制造其它氮化物

00:04:33.314 --> 00:04:35.265
例如，硝酸

00:04:35.265 --> 00:04:36.345
最近的研究显示

00:04:36.345 --> 00:04:38.837
化肥中一半的氮都没有被植物吸收

00:04:38.837 --> 00:04:41.147
化肥中一半的氮都没有被植物吸收

00:04:41.147 --> 00:04:42.977
之后，我们发现氮是具挥发性的化合物

00:04:42.977 --> 00:04:44.642
之后，我们发现氮是具挥发性的化合物

00:04:44.642 --> 00:04:47.695
积存在地球的水和大气中

00:04:47.695 --> 00:04:49.646
对我们的环境造成极大污染

00:04:49.646 --> 00:04:51.475
当然，在哈伯发明制氮法时

00:04:51.475 --> 00:04:53.095
他并没有预见到这个问题

00:04:53.095 --> 00:04:54.773
继承哈伯的开创性的发明

00:04:54.773 --> 00:04:56.388
今日的科学家们在找寻一种21世纪的新制氮法

00:04:56.388 --> 00:04:59.054
今日的科学家们在找寻一种21世纪的新制氮法

00:04:59.054 --> 00:05:01.029
它既可以达到制氮的目的

00:05:01.029 --> 00:05:03.359
又不会给人类带来不好的后果