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世界を賄う化学反応 ― ダニエル・D・ドゥーレック

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    この数世紀の間の
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    最も重要な発見は
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    何だと思いますか？
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    コンピューターでしょうか？
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    それとも車？
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    電気？
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    もしくは原子の発見？
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    私はこの化学反応だと思います
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    気体の窒素分子１つと
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    気体の水素分子３つが
    合わさると
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    気体のアンモニア分子２つが
    できる反応です
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    これはハーバー法というもので
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    空気中の窒素分子と
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    水素分子が結合し
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    空気から肥料が
    できるというものです
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    この化学反応がなければ
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    農家の人々は 40億人分の食料しか
    生産することができないでしょう
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    現在の人口は70億人を
    上回ったところです
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    したがって ハーバー法なしには
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    30億人が
    食料にありつけません
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    硝酸塩―NO3―という形で
    存在する窒素は
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    植物が生き延びるのに
    必要不可欠な栄養素です
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    作物が生長する時に
    土壌から窒素を吸収し
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    土から窒素が取り除かれます
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    窒素は
    動物の腐敗などの
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    長期間にわたる
    自然な肥沃化の過程によって
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    補充されますが
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    人間はそれよりも
    ずっと短期間に
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    作物を育てる
    必要があります
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    ここからが
    ややこしいところです
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    空気の78％は
    窒素で構成されていますが
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    作物は単に空気中から窒素を
    吸収することができません
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    なぜなら窒素は非常に強い
    三重結合を持っており
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    作物はこの結合を
    切ることができないからです
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    ハーバーが成しえたことは
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    根本的にいえば
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    空気中の窒素を取り込み
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    これを土に送り込む方法の発見です
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    1908年ドイツの化学者
    フリッツ・ハーバーは
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    空気中に
    豊富にある窒素を
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    利用するための
    化学的な方法を編み出しました
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    ハーバーは
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    空気中の窒素を取り込み
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    水素と結合させて
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    アンモニアを生成する
    方法を発見したのです
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    そして アンモニアは
    土壌に注入された後
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    速やかに
    硝酸塩に変換されます
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    しかし ハーバー法を
    世界の食料を賄うために使うためには
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    ハーバーは
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    大量のアンモニアを迅速に簡単に
    生成する方法を見出す必要がありました
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    ハーバーが
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    この偉業をどのようにして
    成し遂げたのかを理解するため
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    私たちは化学平衡について
    知る必る必要があります
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    化学平衡は
    密閉容器の中で
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    化学反応が起きたときに
    達成されます
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    例えば
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    密閉容器の中に
    水素と窒素を注入し
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    反応させます
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    実験の
    初期の段階では
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    多くの窒素と水素があるので
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    アンモニアは
    速い速度で
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    生成されます
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    ところが水素と窒素が反応を起こし
    消費されるにつれ
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    反応速度が低下します
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    容器の中の窒素と水素の量が
    減るからです
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    やがて アンモニア分子は
    ある時点を境に
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    分解しはじめ
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    窒素と水素に戻ります
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    しばらくすると
    アンモニアの生成と分解という
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    ２つの反応は
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    同じ速度で起こるようになります
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    同じ速度になったとき
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    「平衡状態に達した」といいます
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    一見 良いことのようですが
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    大量のアンモニアを
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    生成したい時には
    良いことではありません
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    アンモニアの分解は
    ハーバーが望むところではありませんが
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    密閉容器の中で
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    単に反応させておくと
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    分解が起こります
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    ここで フランスの化学者
    アンリ・ル・シャトリエの
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    登場です
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    彼が発見したことは
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    平衡状態にある系に
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    何か 例えば窒素を加えると
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    系は平衡状態に
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    戻ろうとする
    ということです
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    さらにル・シャトリエは
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    圧力を加えると
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    系は元の圧力に
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    戻そうとすることを
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    発見しました
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    混雑している部屋に
    いるようなものです
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    分子の数が多いほど
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    圧力が高くなりますが
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    はじめの化学反応式を
    見てみると
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    左辺に４つの分子があり
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    右辺には２つしかありません
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    部屋の密集度を下げて
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    圧力を下げたい場合
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    窒素と水素が
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    結合しはじめ
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    よりコンパクトな
    アンモニア分子を生成します
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    ハーバーは
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    大量のアンモニアを
    生成するには
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    窒素と水素を
    継続的に加え
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    平衡状態にある系の
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    圧力を増加させる機械を
    製造する必要があることに気づき
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    まさに それを実現しました
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    現在 アンモニアは
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    世界で最も多く生産される
    化合物のひとつです
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    年間 およそ1億3100万トン
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    つまり 2900億ポンドのアンモニアが
    生産されており
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    これは
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    １頭が約4500キロのアフリカゾウ
    3000万頭分に相当します
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    アンモニアの80％は
    肥料生産に使われており
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    残りは
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    工業用や家庭用の洗剤
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    また 硝酸など
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    他の窒素化合物に
    使われています
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    最近の研究によると
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    肥料に含まれる
    窒素の半分が
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    植物に吸収されていないことが
    示されました
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    その結果 窒素は
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    揮発性の化合物として
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    地球の水系や大気中に
    見出されており
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    環境に深刻な影響を
    与えています
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    もちろん ハーバーが
    発明をもたらしたとき
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    このような問題を
    予期しませんでした
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    彼の先駆的な洞察力を継ぎ
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    現在の化学者らは
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    危険な結果を伴わずに
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    同じ量のアンモニアを
    生成することができる
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    21世紀の新しいハーバー法を
    探し求めています
Title:
世界を賄う化学反応 ― ダニエル・D・ドゥーレック
Description:

地球上の何十億という人々の食料を賄うために、どのようにして作物をすばやく育てているのでしょうか？それは、ハーバー法というもので、空気中の窒素をアンモニアに変換させます。これは、土の中で、作物が育つために必要な硝酸塩へと変わります。この方法により、世界中の食料の供給が増えましたが、ハーバー法は環境に予期せぬ負担をもたらしました。ダニエル・D・ドゥーレックはハーバー法の化学とそれがもたらした結果の詳細を語ります。

講師：ダニエル・D・ドゥーレック
アニメーション：Uphill Downhill
このビデオの教材：http://ed.ted.com/lessons/the-chemical-reaction-that-feeds-the-world-daniel-d-dulek
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Video Language:
English
Team:
closed TED
Project:
TED-Ed
Duration:
05:19

Japanese subtitles

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