WEBVTT

00:00:07.239 --> 00:00:09.579
你說在過去幾世紀裡

00:00:09.579 --> 00:00:11.581
什麼是人類最重要的發現？

00:00:11.581 --> 00:00:12.614
是電腦？

00:00:12.614 --> 00:00:13.263
汽車？

00:00:13.263 --> 00:00:14.168
電力？

00:00:14.168 --> 00:00:16.145
還是發現原子？

00:00:16.145 --> 00:00:19.592
我會說是這項化學反應：

00:00:19.592 --> 00:00:21.213
一個氮氣分子

00:00:21.213 --> 00:00:23.297
加上三個氫氣分子

00:00:23.297 --> 00:00:26.739
得到兩個氨氣分子

00:00:26.739 --> 00:00:28.343
這就是哈柏法

00:00:28.343 --> 00:00:30.925
將空氣中的氮分子

00:00:30.925 --> 00:00:32.431
與氫分子結合

00:00:32.431 --> 00:00:35.564
或將空氣變成肥料

00:00:35.564 --> 00:00:36.806
沒有這項反應

00:00:36.806 --> 00:00:39.482
農夫僅可生產足夠

00:00:39.482 --> 00:00:41.348
四十億人口所需的食物

00:00:41.348 --> 00:00:44.880
我們目前的人口剛剛超過七十億

00:00:44.880 --> 00:00:46.881
所以，沒有哈柏法

00:00:46.881 --> 00:00:51.306
有超過三十億的人會沒食物吃

00:00:51.306 --> 00:00:55.025
你看，氮以硝酸鹽 NO3 的形式存在

00:00:55.025 --> 00:00:58.205
是植物生存的一種基本營養素

00:00:58.205 --> 00:01:00.706
當作物生長，他們消耗氮

00:01:00.706 --> 00:01:02.425
從土壤中吸收氮

00:01:02.425 --> 00:01:03.923
土壤中的氮可經由

00:01:03.923 --> 00:01:06.346
長時間的自然施肥法補充

00:01:06.346 --> 00:01:07.845
像動物腐化

00:01:07.845 --> 00:01:09.679
但人類想以更快的方法

00:01:09.679 --> 00:01:11.680
種植糧食

00:01:11.680 --> 00:01:13.591
那麼，這就是令人沮喪的部分：

00:01:13.591 --> 00:01:16.594
空氣的組成中有 78% 為氮

00:01:16.594 --> 00:01:19.396
但作物不能從空氣直接利用氮

00:01:19.396 --> 00:01:22.511
因為它含有非常強的三鍵

00:01:22.511 --> 00:01:24.643
作物無法分解

00:01:24.643 --> 00:01:26.643
基本上哈柏所做的

00:01:26.643 --> 00:01:27.762
是找出一種方法

00:01:27.762 --> 00:01:29.529
把空氣中的氮

00:01:29.529 --> 00:01:31.281
放進土壤中

00:01:31.281 --> 00:01:34.864
1908 年，德國化學家弗里茨·哈柏

00:01:34.864 --> 00:01:36.176
發展出一種化學方法

00:01:36.176 --> 00:01:39.020
以利用空氣中取之不盡的氮

00:01:39.020 --> 00:01:41.594
哈柏發現一種方法
把空氣中的氮

00:01:41.594 --> 00:01:43.046
與氫氣鍵結

00:01:43.046 --> 00:01:45.242
以形成氨

00:01:45.242 --> 00:01:47.797
然後氨可被注入土壤中

00:01:47.797 --> 00:01:50.506
在土裡快速轉變成硝酸鹽

00:01:50.506 --> 00:01:53.100
但如果哈柏法要能拿來用在

00:01:53.100 --> 00:01:54.871
餵飽全世界

00:01:54.871 --> 00:01:58.415
他必須找出一種
能快速簡易製造出氨的方法

00:01:58.415 --> 00:01:59.381
為了瞭解

00:01:59.381 --> 00:02:01.245
哈柏如何達成這項豐功偉業

00:02:01.245 --> 00:02:02.179
我們必須對

00:02:02.179 --> 00:02:04.397
化學平衡有一番瞭解

00:02:04.397 --> 00:02:06.346
要達到化學平衡

00:02:06.346 --> 00:02:09.514
你的化學反應要在封閉容器下進行

00:02:09.514 --> 00:02:11.233
舉例來說，你把

00:02:11.233 --> 00:02:14.346
氫氣及氮氣放在封閉容器內

00:02:14.346 --> 00:02:16.158
讓它們反應

00:02:16.158 --> 00:02:17.757
實驗開始時

00:02:17.757 --> 00:02:20.370
我們有大量的氮及氫

00:02:20.370 --> 00:02:22.006
所以氨的形成

00:02:22.006 --> 00:02:24.098
以高速進行

00:02:24.098 --> 00:02:26.680
但當氫及氮反應一段時間

00:02:26.680 --> 00:02:28.261
到快用完的時候

00:02:28.261 --> 00:02:29.883
反應變慢

00:02:29.883 --> 00:02:33.625
因為瓶子裡的氮及氫變少了

00:02:33.625 --> 00:02:36.347
最終，氨分子會達到一種情況

00:02:36.347 --> 00:02:38.058
就是它們又開始分解

00:02:38.058 --> 00:02:41.339
成為氮氣及氫氣

00:02:41.339 --> 00:02:43.063
一段時間後，這兩種反應

00:02:43.063 --> 00:02:45.588
就是產生及分解氨氣

00:02:45.588 --> 00:02:47.634
會達到相同速率

00:02:47.634 --> 00:02:49.341
當這兩個速率相等時

00:02:49.341 --> 00:02:52.176
我們就說反應達到平衡

00:02:53.146 --> 00:02:55.280
這聽起來不錯，但並非如此

00:02:55.280 --> 00:02:56.511
尤其當你只想要

00:02:56.511 --> 00:02:58.817
產生一噸的氨氣時

00:02:58.817 --> 00:03:00.336
哈柏根本不想讓氨氣

00:03:00.336 --> 00:03:01.855
再分解回去

00:03:01.855 --> 00:03:03.374
但如果你就是把這項反應

00:03:03.374 --> 00:03:04.865
放在封閉容器裡進行

00:03:04.865 --> 00:03:06.487
那就是必然的結果

00:03:06.487 --> 00:03:08.794
這也就是亨利·路易·勒夏特列

00:03:08.794 --> 00:03:09.981
這位法國化學家

00:03:09.981 --> 00:03:11.271
可以幫忙的地方

00:03:11.271 --> 00:03:12.705
他發現

00:03:12.705 --> 00:03:14.590
如果你把達到反應平衡的系統

00:03:14.590 --> 00:03:16.296
加入某項東西

00:03:16.296 --> 00:03:17.723
像是，這麼說，氮氣

00:03:17.723 --> 00:03:18.715
這個系統會持續進行

00:03:18.715 --> 00:03:20.921
直到再達到平衡為止

00:03:20.921 --> 00:03:22.296
勒夏特列同時發現

00:03:22.296 --> 00:03:23.469
如果你增加

00:03:23.469 --> 00:03:25.596
一個系統的壓力

00:03:25.596 --> 00:03:26.761
這個系統會試著

00:03:26.761 --> 00:03:28.978
回到原有的壓力

00:03:28.978 --> 00:03:30.675
這就像身處擁擠的房間

00:03:30.675 --> 00:03:32.182
分子愈多

00:03:32.182 --> 00:03:33.773
壓力愈大

00:03:33.773 --> 00:03:35.529
如果我們回頭去看我們的方程式

00:03:35.529 --> 00:03:37.532
我們會看見在左邊

00:03:37.532 --> 00:03:39.681
左邊有四個分子

00:03:39.681 --> 00:03:41.776
而右邊只有兩個

00:03:41.776 --> 00:03:44.278
所以，如果我們想讓房間不那麼擠

00:03:44.278 --> 00:03:45.872
並因而產生較小的壓力

00:03:45.872 --> 00:03:46.779
這個系統就會開始

00:03:46.779 --> 00:03:48.670
結合氮及氫

00:03:48.670 --> 00:03:51.804
製造出較小巧緊密的氨分子

00:03:51.804 --> 00:03:53.821
哈柏瞭解到為了製造

00:03:53.821 --> 00:03:55.100
大量的氨

00:03:55.100 --> 00:03:56.604
他必須發明一種機器

00:03:56.604 --> 00:03:59.600
可以持續加入氮及氫

00:03:59.600 --> 00:04:01.438
同時也要增加壓力

00:04:01.438 --> 00:04:03.314
在這平衡系統上

00:04:03.314 --> 00:04:05.480
這也正是他所做的

00:04:05.480 --> 00:04:08.030
今天，氨是世上產量最多的

00:04:08.030 --> 00:04:10.313
化學化合物之一

00:04:10.313 --> 00:04:14.891
每年產量粗估為 1 .31 億公噸

00:04:14.891 --> 00:04:18.314
亦即二千九百億磅的氨

00:04:18.314 --> 00:04:19.363
這是大約

00:04:19.363 --> 00:04:21.447
三千萬隻非洲象的總重

00:04:21.447 --> 00:04:24.314
每頭約以一萬磅來算

00:04:24.314 --> 00:04:28.087
80% 生產出的氨拿來做肥料

00:04:28.087 --> 00:04:29.041
其餘則使用在

00:04:29.041 --> 00:04:30.937
工業及家用清潔用品上

00:04:30.937 --> 00:04:33.314
並拿來生產其他種氮化合物

00:04:33.314 --> 00:04:35.265
譬如硝酸

00:04:35.265 --> 00:04:36.345
最近的研究發現

00:04:36.345 --> 00:04:38.837
半數肥料中的氮

00:04:38.837 --> 00:04:41.147
沒有被植物同化

00:04:41.147 --> 00:04:42.977
結果是，氮就以

00:04:42.977 --> 00:04:44.642
揮發性化學化合物的形式

00:04:44.642 --> 00:04:47.695
在地球的供水及大氣中被發現

00:04:47.695 --> 00:04:49.646
嚴重破壞我們的環境

00:04:49.646 --> 00:04:51.475
當然，在哈柏發表他的發明時

00:04:51.475 --> 00:04:53.095
無法預測這個問題

00:04:53.095 --> 00:04:54.773
為了承接他的開創視野

00:04:54.773 --> 00:04:56.388
當代科學家正在尋找

00:04:56.388 --> 00:04:59.054
21 世紀的新哈柏法

00:04:59.054 --> 00:05:01.029
以達到同樣程度的幫助

00:05:01.029 --> 00:05:03.359
卻無危險的後果