A reação química que alimenta o mundo - Daniel D. Dulek

Veja a lição completa: http://ed.ted.com/lessons/the-chemical-reaction-that-feeds-the-world-daniel-d-dulek

Como cultivamos plantios rápido o bastante para alimentar os bilhões de pessoas do mundo? É o chamado processo de Haber, que transforma o nitrogênio do ar em amônia, facilmente convertida, no solo, em nitrato, de que os vegetais precisam para sobreviver. Embora ele tenha aumentado o fornecimento de alimento em todo o mundo, o processo de Haber também cobrou do ambiente um preço imprevisto. Daniel D. Dulek analisa a química e as consequências.

Lição de Daniel D. Dulek, animação de Uphill Downhill.

Qual você diria

ser a mais importante descoberta

dos últimos séculos?

É o computador?

O carro?

A eletricidade?

Ou, talvez, a descoberta do átomo?

Eu diria que é essa reação química:

uma molécula de nitrogênio

mais três moléculas de hidrogênio

resulta em duas moléculas de amônia.

Esse é o processo Haber,

que une moléculas de nitrogênio do ar

a moléculas de hidrogênio,

ou que torna ar em fertilizante.

Sem essa reação,

fazendeiros seriam capazes
de produzir alimento suficiente

para apenas 4 bilhões de pessoas.

Nossa população atual ultrapassa
os 7 bilhões de pessoas.

Então, sem o processo Haber,

mais de 3 bilhões de pessoas
ficariam sem alimento.

Veja, o nitrogênio
em forma de nitrato, NO3,

é um nutriente essencial
para a sobrevivência dos vegetais.

Conforme as plantações crescem,
elas consomem nitrogênio,

extraindo-o do solo.

O nitrogênio pode ser restabelecido

por meio de processos de fertilização
longos e naturais,

como animais em decomposição,

mas os humanos querem cultivar alimento

muito mais rápido que isso.

Bom, eis a parte frustrante:

78% do ar é composto de nitrogênio,

mas as plantações não podem
extrair nitrogênio apenas do ar,

porque ele possui ligações triplas
muito fortes,

que as plantações não podem quebrar.

O que Haber fez, basicamente,

foi descobrir uma forma

de extrair esse nitrogênio do ar

e levá-lo para o solo.

Em 1908, o químico alemão Fritz Haber

desenvolveu um método químico

para utilizar o vasto suprimento
de nitrogênio do ar.

Haber descobriu um método

que extraía o nitrogênio do ar

e o ligava ao hidrogênio

para formar amônia.

A amônia pode, então,
ser injetada no solo,

onde é rapidamente
convertida em nitrato.

Mas se o processo de Haber
fosse utilizado

para alimentar o mundo,

ele teria de descobrir um modo

de criar um monte dessa amônia
de forma rápida e fácil.

Para entender

como Haber conseguiu esse feito,

precisamos saber um pouco

sobre equilíbrio químico.

O equilíbrio químico pode ser alcançado

quando se tem uma reação
em um recipiente fechado.

Por exemplo, digamos que você coloque

hidrogênio e nitrogênio
em um recipiente fechado

e os deixe reagir.

No início da experiência,

temos um monte
de nitrogênio e hidrogênio,

então, a formação da amônia

ocorre em alta velocidade.

Mas, conforme o hidrogênio
e o nitrogênio reagem

e se desgastam,

a reação desacelera,

porque há menos nitrogênio e hidrogênio

no recipiente.

No fim, as moléculas de amônia
chegam a um ponto

em que começam a se desintegrar

novamente em nitrogênio e hidrogênio.

Algum tempo depois, as duas reações,

a que cria e a que desintegra a amônia,

alcançarão a mesma velocidade.

Quando as velocidades são iguais,

dizemos que a reação
alcançou equilíbrio.

Talvez isso pareça bom, mas não é,

quando o que se quer

é simplesmente criar
uma tonelada de amônia.

Haber não quer que a amônia,

de forma alguma, se desintegre,

mas se simplesmente deixarmos a reação

em um recipiente fechado,

é isso que vai acontecer.

E aí que Henry Le Chatelier,

um químico francês,

pode ajudar.

Ele descobriu

que se pegarmos um sistema
em equilíbrio

e adicionarmos algo a ele,

por exemplo, o nitrogênio,

o sistema vai funcionar

em prol de restabelecer o equilíbrio.

Le Chatelier também descobriu

que se aumentarmos

a pressão sobre o sistema,

ele tenta restabelecer

a pressão que tinha antes.

É como estar em uma sala lotada.

Quanto mais moléculas existirem,

mais pressão haverá.

Se recapitularmos nossa equação,

vemos que, do lado esquerdo,

existem 4 moléculas à esquerda

e apenas duas à direita.

Então, se quisermos
que a sala fique menos cheia,

e, portanto, tenha menos pressão,

o sistema começará

a combinar nitrogênio e hidrogênio

para tornar as moléculas
de amônia mais compactas.

Haber percebeu que, para criar

grandes quantidades de amônia,

teria de criar uma máquina

que continuamente adicionasse
nitrogênio e hidrogênio,

enquanto também aumentasse a pressão

no sistema de equilíbrio.

E foi exatamente o que ele fez.

Hoje, a amônia
é um dos compostos químicos

mais produzidos no mundo.

Cerca de 290 bilhões de libras
são produzidas por ano,

o que equivale a 131 milhões
de toneladas de amônia.

É mais ou menos a massa

de 30 milhões de elefantes africanos,

com aproximadamente 4,5 toneladas cada.

80% dessa amônia são utilizados
na produção de fertilizante,

enquanto o restante é utilizado

em limpadores industriais e domésticos

e para produzir
outros compostos de nitrogênio,

como o ácido nítrico.

Estudos recentes descobriram

que metade do nitrogênio
desses fertilizantes

não é absorvido pelos vegetais.

Consequentemente,
o nitrogênio é encontrado,

como composto químico volátil,

nas fontes de água
e na atmosfera da Terra,

danificando seriamente nosso ambiente.

É claro, Haber não previu
esse problema,

quando nos apresentou sua invenção.

Seguindo sua visão pioneira,

os cientistas de hoje estão buscando

um novo processo de Haber
do século XXI,

que alcançará
o mesmo nível de utilidade

sem as consequências perigosas.