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La reacción química que alimenta al mundo - Daniel D. Dulek

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    ¿A qué llamarías
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    el descubrimiento más importante
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    del último par de siglos?
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    ¿La computadora?
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    ¿El automóvil?
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    ¿La electricidad?
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    O, ¿quizás el descubrimiento del átomo?
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    Yo diría que es esta reacción química:
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    1 molécula de gas de nitrógeno
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    más 3 moléculas de gas de hidrógeno
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    que da 2 moléculas
    de gas de amoníaco.
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    Este es el proceso de Haber,
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    que enlaza las moléculas
    de nitrógeno del aire
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    a moléculas de hidrógeno,
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    o que convierte el aire
    en fertilizante.
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    Sin esta reacción,
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    los agricultores solo pueden
    producir alimentos suficientes
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    para 4000 millones de personas;
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    nuestra población actual es
    un poco más de 7000 millones.
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    Así que sin el proceso de Haber
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    más de 3000 millones de personas
    no tendrían alimentos.
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    Como ves, el nitrógeno
    en forma de nitrato, NO3,
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    es un nutriente esencial
    para la sobrevivencia de las plantas.
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    Cuando los cultivos crecen,
    consumen nitrógeno
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    que extraen de la tierra.
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    El nitrógeno puede reponerse
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    mediante largos procesos
    naturales de fertilización
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    como la descomposición de animales,
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    pero los humanos
    queremos producir alimentos
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    mucho más rápido.
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    Ahora, esta es la parte frustrante:
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    el 78 % del aire está
    compuesto de nitrógeno,
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    pero los cultivos no pueden tomar
    el nitrógeno del aire
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    porque contiene
    enlaces triples muy fuertes
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    que los cultivos no pueden romper.
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    Lo que hizo Haber, básicamente,
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    fue conseguir una forma
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    de tomar este nitrógeno en el aire
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    y ponerlo en la tierra.
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    En 1908, el químico alemán Fritz Haber
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    desarrolló un método químico
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    para usar las grandes cantidades
    de nitrógeno en el aire.
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    Haber creó un método
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    que tomaba el nitrógeno del aire
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    y lo enlazaba al hidrógeno
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    para formar amoníaco.
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    El amoníaco puede ser
    inyectado a la tierra
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    que lo convierte
    rápidamente en nitrato.
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    Pero para usar
    el proceso de Haber
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    para alimentar al mundo
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    había que hallar una forma
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    de crear muchísimo amoníaco
    de forma fácil y rápida.
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    Para entender
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    cómo logró Haber esta hazaña,
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    tenemos que saber algo
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    sobre el equilibro químico.
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    El equilibrio químico
    puede alcanzarse
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    si tienes una reacción
    en un contenedor cerrado.
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    Por ejemplo, digamos que pones
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    hidrógeno y nitrógeno
    en un contenedor cerrado
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    y dejas que reaccione.
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    Al comienzo del experimento
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    tenemos bastante nitrógeno e hidrógeno
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    así que la formación de amoníaco
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    ocurre muy rápidamente.
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    Pero a medida que reaccionan
    el hidrógeno y el nitrógeno
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    y se empiezan a gastar,
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    la reacción se ralentiza
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    porque hay menos
    nitrógeno e hidrógeno
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    en el contenedor.
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    Con el tiempo, las moléculas
    de amoníaco llegan a un punto
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    que empiezan a descomponerse
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    nuevamente en nitrógeno e hidrógeno.
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    Después de un tiempo,
    las 2 reacciones
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    de creación y descomposición
    de amoníaco
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    alcanzan la misma velocidad.
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    Cuando ambas velocidades
    llegan a ser iguales
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    decimos que se ha
    alcanzado el equilibrio.
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    Esto puede parecer
    algo bueno, pero no lo es
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    cuando lo que quieres
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    es crear grandes
    cantidades de amoníaco.
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    Haber no quería que el amoníaco
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    se descompusiera, en absoluto,
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    pero si solo se deja reaccionar
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    en el contenedor cerrado
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    es lo que ocurrirá.
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    Aquí es donde Henry Le Chatelier,
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    un químico francés,
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    viene a ayudar.
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    Él descubrió
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    que si a un sistema en equilibrio
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    se le agrega algo,
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    digamos, nitrógeno,
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    el sistema intentará
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    regresar nuevamente al equilibrio.
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    Le Chatelier también descubrió
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    que si se aumenta
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    la cantidad de presión
    en el sistema,
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    el sistema intentará
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    regresar a la presión que tenía.
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    Es como estar en
    un cuarto muy lleno.
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    Mientras haya más moléculas,
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    habrá más presión.
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    Si regresamos a nuestra ecuación
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    vemos que a la izquierda...
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    hay 4 moléculas a la izquierda
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    y solo 2 a la derecha.
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    Así que si queremos que
    el cuarto esté menos lleno,
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    y en consecuencia,
    haya menos presión,
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    el sistema empezará
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    a combinar nitrógeno e hidrógeno
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    para crear las más compactas
    moléculas de amoníaco.
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    Haber descubrió que para crear
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    grandes cantidades de amoníaco
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    tendría que diseñar una máquina
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    que agregara nitrógeno
    e hidrógeno de forma continua
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    mientras se aumenta
    al mismo tiempo la presión
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    en el sistema de equilibrio,
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    que fue exactamente lo que hizo.
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    Hoy en día, el amoníaco
    es el compuesto químico
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    que más se produce en el mundo.
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    Se producen al año unas 131 millones
    de toneladas métricas,
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    unos 132 000 millones
    de kilos de amoníaco.
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    Eso es como la masa
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    de 30 millones
    de elefantes africanos
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    que pesan unos
    4500 kilos cada uno.
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    El 80 % del amoníaco se usa
    en la producción de fertilizantes,
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    mientras que el resto se usa
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    en productos de limpieza,
    industriales y domésticos
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    y para producir otros
    compuestos de nitrógeno,
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    como el ácido cítrico.
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    Estudios recientes han descubierto
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    que la mitad del nitrógeno
    de estos fertilizantes
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    no es asimilado por las plantas.
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    Como consecuencia,
    se encuentra nitrógeno
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    como compuesto químico volátil
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    en las masas de agua terrestre
    y en la atmósfera,
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    contaminando de forma severa
    nuestro medio ambiente.
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    Claro que Haber
    no pronosticó este problema
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    cuando presentó su invento.
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    Siguiendo su visión pionera,
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    los científicos de hoy en día buscan
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    un nuevo proceso Haber del siglo XXI
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    que nos ayude de la misma forma
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    pero sin las peligrosas consecuencias.
Title:
La reacción química que alimenta al mundo - Daniel D. Dulek
Description:

Ver la lección completa en: http://ed.ted.com/lessons/the-chemical-reaction-that-feeds-the-world-daniel-d-dulek

¿Cómo logramos cultivar alimentos de manera suficientemente rápida como para alimentar a los miles de millones del planeta? Se conoce como proceso Haber, que convierte el nitrógeno del aire en amoníaco y luego fácilmente en la tierra en el nitrato que las plantas necesitan para sobrevivir. Aunque ha aumentado la producción de alimentos a nivel mundial, el proceso Haber ha generado consecuencias imprevistas en el medio ambiente. Daniel D. Dulek ahonda en la química y en las consecuencias.

Lección de Daniel D. Dulek, animación de Uphill Downhill.
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English
Team:
closed TED
Project:
TED-Ed
Duration:
05:19

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