< Return to Video

A világot tápláló kémiai reakció - Daniel D. Dulek

  • 0:07 - 0:08
    Önök szerint mi
  • 0:08 - 0:10
    az elmúlt néhány évszázad
  • 0:10 - 0:12
    legfontosabb felfedezése?
  • 0:12 - 0:13
    A számítógép?
  • 0:13 - 0:13
    Az autó?
  • 0:13 - 0:14
    Az elektromosság?
  • 0:14 - 0:16
    Vagy talán az atom felfedezése?
  • 0:16 - 0:20
    Az én véleményem szerint egy kémiai reakció:
  • 0:20 - 0:21
    amikor egy nitrogénmolekula
  • 0:21 - 0:23
    három hidrogénmolekulával
  • 0:23 - 0:27
    ammónia-molekulává egyesül.
  • 0:27 - 0:28
    Ez a Haber-folyamat,
  • 0:28 - 0:31
    ami a levegő nitrogénmolekuláit
  • 0:31 - 0:32
    hidrogénmolekulákhoz köti,
  • 0:32 - 0:36
    vagyis a levegőt műtrágyává alakítja.
  • 0:36 - 0:37
    E nélkül a reakció nélkül
  • 0:37 - 0:39
    a mezőgazdaság csak 4 milliárd ember
  • 0:39 - 0:41
    számára elegendő élelmet tudna termelni;
  • 0:41 - 0:45
    a Föld jelenlegi lakossága
    több mint 7 milliárd.
  • 0:45 - 0:47
    Tehát a Haber-folyamat nélkül
  • 0:47 - 0:51
    több mint 3 milliárd ember élelem nélkül maradna.
  • 0:51 - 0:55
    Tudják, a nitrogén, nitrát (NO3) formájában
  • 0:55 - 0:58
    a növények számára nélkülözhetetlen tápanyag.
  • 0:58 - 1:01
    A gabona, növekedése közben nitrogént fogyaszt,
  • 1:01 - 1:02
    amit a talajból vesz fel.
  • 1:02 - 1:04
    A nitrogén pótolható hosszadalmas,
  • 1:04 - 1:06
    természetes trágyázási folyamattal,
  • 1:06 - 1:08
    mint például elhullott állatok maradványaiból,
  • 1:08 - 1:10
    az emberek viszont ennél sokkal
  • 1:10 - 1:12
    gyorsabban akarnak élelemhez jutni.
  • 1:12 - 1:14
    És most értünk el a problémás részhez:
  • 1:14 - 1:17
    a levegő 78%-ban nitrogénből áll,
  • 1:17 - 1:19
    de a növények nem képesek egyszerűen
    onnan felvenni a nitrogént,
  • 1:19 - 1:23
    mert a molekulák rendkívül erős hármas kötését
  • 1:23 - 1:25
    nem képesek felhasítani.
  • 1:25 - 1:27
    Haber végső soron annyit tett,
  • 1:27 - 1:28
    hogy kitalálta,
  • 1:28 - 1:30
    hogyan lehet e levegő nitrogénjét
  • 1:30 - 1:31
    átvinni a földbe.
  • 1:31 - 1:35
    1908-ban Fritz Haber német vegyész
  • 1:35 - 1:36
    kidolgozott egy kémiai módszert
  • 1:36 - 1:39
    a levegő hatalmas nitrogéntartalmának
    hasznosítására.
  • 1:39 - 1:40
    Haber talált egy módszert,
  • 1:40 - 1:42
    mellyel a levegőben lévő nitrogént
  • 1:42 - 1:43
    hidrogénnel kötötte össze,
  • 1:43 - 1:45
    és így ammóniához jutott.
  • 1:45 - 1:48
    Az ammónia aztán már könnyen bevihető a talajba,
  • 1:48 - 1:51
    ahol gyorsan nitrátokká alakul.
  • 1:51 - 1:53
    Ha azonban Haber folyamatát
  • 1:53 - 1:55
    a világ táplálására akarta volna használni,
  • 1:55 - 1:55
    akkor olyan megoldást kellett volna találnia,
  • 1:55 - 1:58
    amivel az ammóniát könnyen
    és gyorsan lehet előállítani.
  • 1:58 - 1:59
    Hogy megértsük,
  • 1:59 - 2:02
    hogyan valósította meg ezt Haber,
  • 2:02 - 2:02
    tisztában kell lennünk
  • 2:02 - 2:04
    a kémiai egyensúly fogalmával.
  • 2:04 - 2:06
    Kémiai egyensúly akkor áll elő,
  • 2:06 - 2:10
    amikor zárt térben zajlik le a reakció.
  • 2:10 - 2:11
    Tegyünk például
  • 2:11 - 2:14
    hidrogént és nitrogént egy zárt tartályba,
  • 2:14 - 2:16
    és hagyjuk őket reakcióba lépni.
  • 2:16 - 2:18
    A kísérlet elején
  • 2:18 - 2:20
    sok a nitrogén és a hidrogén,
  • 2:20 - 2:22
    ezért az ammóniaképződés
  • 2:22 - 2:24
    nagy sebességgel megy végbe.
  • 2:24 - 2:27
    Ahogy azonban a hidrogén
    és a nitrogén reagál
  • 2:27 - 2:28
    és kezd felhasználódni,
  • 2:28 - 2:30
    a reakció lelassul,
  • 2:30 - 2:32
    mert a tartályban egyre kevesebb
  • 2:32 - 2:34
    a nitrogén és a hidrogén.
  • 2:34 - 2:36
    Végül eljutunk egy pontra, amikor
  • 2:36 - 2:38
    az ammóniamolekulák elkezdenek lebomlani,
  • 2:38 - 2:41
    újra nitrogént és hidrogént képezve.
  • 2:41 - 2:43
    Egy idő múlva a két reakció,
  • 2:43 - 2:46
    az ammónia képződése és elbomlása
  • 2:46 - 2:48
    azonos sebességgel fog zajlani.
  • 2:48 - 2:49
    Amikor ez a két sebesség megegyezik,
  • 2:49 - 2:52
    azt mondjuk, hogy a reakció egyensúlyban van.
  • 2:53 - 2:55
    Ez akár jó is lehetne, de nem akkor,
  • 2:55 - 2:57
    amikor a célunk
  • 2:57 - 2:59
    egy tonna ammónia előállítása.
  • 2:59 - 3:00
    Haber szándéka egyáltalán nem az volt,
  • 3:00 - 3:02
    hogy az ammónia elbomoljon,
  • 3:02 - 3:03
    de ha a reakciót egy zárt térben
  • 3:03 - 3:05
    magára hagyjuk,
  • 3:05 - 3:06
    pontosan ez fog történni.
  • 3:06 - 3:09
    Ezen a ponton Henry Le Chatelier
  • 3:09 - 3:10
    francia vegyész
  • 3:10 - 3:11
    siet a segítségünkre.
  • 3:11 - 3:13
    Ő ugyanis arra jött rá,
  • 3:13 - 3:15
    hogy ha egy egyensúlyban lévő rendszerhez
  • 3:15 - 3:16
    hozzáadunk valamit,
  • 3:16 - 3:18
    mondjuk nitrogént,
  • 3:18 - 3:19
    akkor a rendszer ismét
  • 3:19 - 3:21
    az egyensúlyi állapotra fog törekedni.
  • 3:21 - 3:22
    Le Chatelier arra is rájött,
  • 3:22 - 3:23
    hogy ha növeljük
  • 3:23 - 3:26
    a rendszerben a nyomást,
  • 3:26 - 3:27
    akkor a rendszer megpróbálja
  • 3:27 - 3:29
    visszanyerni az eredeti nyomást.
  • 3:29 - 3:31
    Olyan ez, mint egy zsúfolt szoba.
  • 3:31 - 3:32
    Minél nagyobb molekula van jelen,
  • 3:32 - 3:34
    annál nagyobb a nyomás.
  • 3:34 - 3:36
    Ha újra megnézzük az egyenletünket,
  • 3:36 - 3:38
    akkor látjuk, hogy a bal oldalon
  • 3:38 - 3:40
    négy molekula van,
  • 3:40 - 3:42
    a jobb oldalon viszont csak kettő.
  • 3:42 - 3:44
    Ha tehát csökkenteni akarjuk
    a zsúfoltságot a szobában,
  • 3:44 - 3:46
    és egyúttal kisebb nyomást akarunk,
  • 3:46 - 3:47
    a rendszer elkezd
  • 3:47 - 3:49
    nitrogént és hidrogént egyesíteni,
  • 3:49 - 3:52
    és ezzel kompaktabb ammónia-
    molekulákat termelni.
  • 3:52 - 3:54
    Haber felismerte, hogy
  • 3:54 - 3:55
    nagy mennyiségű ammónia gyártásához
  • 3:55 - 3:57
    egy olyan berendezést kell készítenie,
  • 3:57 - 4:00
    ami képes egy egyensúlyi rendszerbe
  • 4:00 - 4:01
    folyamatosan nitrogént és hidrogént adagolni,
  • 4:01 - 4:03
    a nyomás folyamatos növelése mellett.
  • 4:03 - 4:05
    És pontosan ezt is tette.
  • 4:05 - 4:08
    Napjainkban az ammónia
    a legnagyobb mennyiségben
  • 4:08 - 4:10
    gyártott vegyület a világon.
  • 4:10 - 4:15
    Ez évente nagyjából 131 millió tonnát,
  • 4:15 - 4:18
    azaz kb. 140 milliárd kilogramm
    ammóniát jelent.
  • 4:18 - 4:19
    Ez hozzávetőlegesen
  • 4:19 - 4:21
    30 millió, egyenként 5 tonnás
  • 4:21 - 4:24
    afrikai elefánt tömegének felel meg.
  • 4:24 - 4:28
    Az ammónia 80%-át a műtrágyaipar
    dolgozza fel,
  • 4:28 - 4:29
    míg a maradékot
  • 4:29 - 4:31
    az ipari és háztartási tisztítószerekben,
  • 4:31 - 4:33
    valamint más nitrogénvegyületek,
  • 4:33 - 4:35
    például salétromossav gyártására használják.
  • 4:35 - 4:36
    A legutóbbi kutatások azt mutatják,
  • 4:36 - 4:39
    hogy ennek a nitrogénnek több mint a felét
  • 4:39 - 4:41
    nem hasznosítják a növények.
  • 4:41 - 4:43
    Ez gyakorlatilag azt jelenti,
    hogy a nitrogén
  • 4:43 - 4:45
    egy illékony anyagnak bizonyult,
  • 4:45 - 4:48
    ami a Föld vizeibe és légkörébe kerülve,
  • 4:48 - 4:50
    súlyosan károsítja környezetünket.
  • 4:50 - 4:51
    Haber természetesen nem látta
    előre ezt a problémát,
  • 4:51 - 4:53
    amikor közzé tette felfedezését.
  • 4:53 - 4:55
    Úttörő munkásságát tovább folytatva,
  • 4:55 - 4:56
    napjaink tudósai most
  • 4:56 - 4:59
    a 21. század Haber-folyamatán dolgoznak,
  • 4:59 - 5:01
    ami ugyanakkora hasznot hajt,
  • 5:01 - 5:03
    csak kevesebb káros következmény árán.
Title:
A világot tápláló kémiai reakció - Daniel D. Dulek
Description:

A teljes előadás: http://ed.ted.com/lessons/the-chemical-reaction-that-feeds-the-world-daniel-d-dulek

Hogyan tudunk elég gyorsan gabonát termelni a Föld sok milliárdnyi lakója számára? A megoldás a Haber-folyamat, ami a levegő nitrogénjéből ammóniát készít, ami aztán a talajba jutva a növények számára létfontosságú nitrátokká alakul. Bár eredményeként a világ élelmiszerellátása jelentősen javult, a Haber-folyamat előre nem látott környezeti károkat is okoz. Daniel D. Dulek feltárja számunkra a dolog kémiai hátterét és következményeit.

Előadás: Daniel D. Dulek, Animáció: Uphill Downhill.
more » « less
Video Language:
English
Team:
closed TED
Project:
TED-Ed
Duration:
05:19

Hungarian subtitles

Revisions Compare revisions

Our website uses cookies for analysis purposes.