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

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Como é que cultivamos tão rapidamente para alimentar os milhares de milhões da Terra? Chama-se a Síntese de Haber, que torna o azoto do ar em amónia, facilmente convertida no solo no nitrato de que as plantas necessitam para sobreviver. Embora tenha aumentado as reservas alimentares mundiais, a Síntese de Haber teve também impacto no ambiente. Daniel D. Dulek aprofunda o conhecimento sobre a química e as suas consequências.

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

Qual diriam que é

a mais importante descoberta

feita nos últimos séculos?

É o computador?

O carro?

A eletricidade?

Ou talvez a descoberta do átomo?

Argumentaria que é
esta reação química:

uma molécula de azoto gasoso

mais três moléculas de hidrogénio gasoso

produzem duas moléculas de amónia gasosa.

Este é a Síntese de Haber

de ligação de moléculas de azoto do ar

a moléculas de hidrogénio,

ou transformar o ar em fertilizante.

Sem esta reação,

os agricultores não seriam capazes
de produzir alimentos suficientes

senão para apenas 4 mil milhões de pessoas;

a nossa atual população é de
7 mil milhões de pessoas.

Sem a Síntese de Haber,

mais de 3 mil milhões de pessoas
estariam sem alimentos.

O azoto na forma de nitrato, NO3,

é um nutriente essencial
à sobrevivência das plantas.

Quando as culturas crescem,
consomem o azoto,

removendo-o do solo.

O azoto pode ser reposto

através de longos processos de
fertilização natural

como animais em decomposição.

Mas os humanos querem
cultivar alimentos

muito mais rápido do que isso.

Aqui está a parte frustrante:

78% do ar é composto de azoto,

mas as culturas não conseguem
simplesmente tirar azoto do ar

porque ele contém
ligações triplas muito fortes

que as culturas não conseguem quebrar.

O que Haber basicamente fez

foi criar uma maneira

de tirar este azoto do ar

e colocá-lo no solo.

Em 1908, o químico alemão Fritz Haber

desenvolveu um método químico

para utilizar a vasta reserva de azoto do ar.

Haber descobriu um método

que tirava o azoto do ar

e o ligava ao hidrogénio

para formar amónia.

A amónia pode depois ser injetada no solo,

onde é rapidamente convertida em nitrato.

Mas se a Síntese de Haber ía ser usada

para alimentar o mundo,

ele teria de arranjar uma forma

de criar muita desta amónia
fácil e rapidamente.

Para compreender

como Haber atingiu este feito,

precisamos de saber algo

sobre o equilíbrio químico.

O equilíbrio químico pode ser atingido

quando se obtém uma reação
num recipiente fechado.

Por exemplo, digamos que pomos

hidrogénio e azoto num recipiente isolado

e deixamos que reajam.

No princípio da experiência,

temos muito azoto e hidrogénio,

pelo que a formação de amónia

se realiza a grande velocidade.

Mas enquanto o hidrogénio e o azoto reagem

e vão sendo gastos,

a reação abranda

porque existe menos azoto e hidrogénio

no recipiente.

Eventualmente, as moléculas de amónia
atingem um ponto

em que começam a decompor-se

de novo em azoto e hidrogénio.

Passado um bocado, as duas reações,

criando e quebrando a amónia,

atingem a mesma velocidade.

Quando estas velocidades são iguais,

dizemos que a reação atingiu o equilíbrio.

Isto pode soar bom, mas não o é

quando o que se quer

é apenas criar uma tonelada de amónia.

Haber não quer que a amónia

se quebre de todo,

mas se simplesmente deixarmos a reação

num recipiente isolado,

é o que vai acontecer.

É aqui que Henry Le Chatelier,

um químico francês,

pode ajudar.

O que ele descobriu foi que,

se pegarmos num sistema em equilíbrio

e lhe adicionarmos algo,

tipo, digamos, azoto,

o sistema funcionará

para atingir novamente o equilíbrio.

Le Chatelier também descobriu que,

se aumentarmos

a quantidade de pressão sobre um sistema,

o sistema tenta trabalhar

para regressar à pressão que tinha antes.

É como estar numa sala cheia de gente.

Quanto mais moléculas lá existem,

mais pressão existe.

Se olharmos para a nossa equação,

vemos que, do lado esquerdo,

existem quatro moléculas à esquerda

e apenas duas à direita.

Se queremos que a sala
esteja menos cheia de gente,

e, portanto, tenha menos pressão,

o sistema começará

a combinar azoto e hidrogénio

para fazer as moléculas de amónia
mais compactas.

Haber percebeu que, para conseguir fazer

grandes quantidades de amónia,

tinha de criar uma máquina

que adicionaria continuamente
azoto e hidrogénio

enquanto também aumentasse a pressão

sobre o equilíbrio do sistema.

Foi exatamente o que ele fez.

Hoje, a amónia é um
dos compostos químicos

mais produzidos no mundo.

São produzidas por ano
cerca de 131 milhões de toneladas,

o que é cerca de 290 mil milhões
de libras de peso.

Isso é quase o peso

de 30 milhões de elefantes africanos,

pesando aproximadamente
4,5 toneladas cada um.

80% desta amónia é usada
na produção de fertilizantes,

enquanto o resto é usado

em produtos de limpeza
industriais e domésticos

e para produzir outros compostos azotados,

como o ácido nítrico.

Estudos recentes descobriram

que metade do azoto destes fertilizantes

não é assimilado pelas plantas.

Consequentemente, o azoto é considerado

um composto químico volátil

nas reservas de água terrestres
e na atmosfera,

danificando gravemente o nosso ambiente.

Claro que Haber não previu este problema

quando apresentou esta invenção.

Seguindo a sua visão pioneira,

os cientistas de hoje estão em busca

de uma Síntese de Haber do século XXI,

que atinja o mesmo nível de auxílio

sem as consequências perigosas.