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养活世界的化学反应—Daniel D. Dulek

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    对你来说
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    在过去几个世纪里
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    人类最重大的发现是什么？
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    电脑？
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    汽车？
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    电？
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    还是原子的发现？
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    我认为应该是以下的化学反应：
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    一个氮气分子
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    加上三个氢气分子
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    反应产生两个氨气分子
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    这个叫做哈伯制氨法
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    它将空气中的氮气分子
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    与氢气分子结合
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    将空气变为肥料
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    如果没有哈伯制氨法
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    那么全世界的粮食产量
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    最多只能养活40亿人
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    而我们现在的世界人口超过70亿
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    所以，如果没有哈伯制氨法
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    超过30亿人将没有食物
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    硝酸盐（NO3）中的氮元素
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    是植物生长所必需的营养
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    农作物在生长时
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    从土壤中吸收氮
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    通过自然的方式
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    来补充土壤中的氮则需要很长时间
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    比如从动物尸体的腐烂过程中产生。
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    但是人们往往需要在更短时间内耕种农作物
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    但是人们往往需要在更短时间内耕种农作物
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    让大家特别头疼的是：
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    虽然氮气占空气成分的78%
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    但是农作物不能直接从空气中吸收氮气
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    因为氮气分子拥有坚固的三键结构
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    很难被农作物破坏
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    哈伯找到了一种
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    能够把空气里的氮吸取出来
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    然后注入土壤中的方法
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    然后注入土壤中的方法
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    在1908年，德国化学家弗里茨·哈伯
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    发明了一种化学方法
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    有效地将空气中丰富的氮资源利用起来
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    他的这种方法
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    把空气中的氮气与氢气结合
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    把空气中的氮气与氢气结合
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    形成氨气
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    氨气可以被注入土壤中
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    并且很快地被转化成硝酸盐
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    但是如果要用哈伯制氨法
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    来保证世界粮食产量
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    他则须要找到一种能够快速且容易的制造氨气的方法
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    他则须要找到一种能够快速且容易的制造氨气的方法
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    为了理解
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    哈伯是怎样完成此壮举的
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    我们首先需要了解一些关于化学平衡的知识
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    我们首先需要了解一些关于化学平衡的知识
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    化学平衡可以在密封容器里进行反应时被达到
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    化学平衡可以在密封容器里进行反应时被达到
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    例如
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    你把氢气和氮气放入密封容器中
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    让它们进行反应
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    在实验刚刚开始的时候
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    我们有许多的氮气和氢气
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    它们高速地发生反应
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    形成氨气
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    但是，持续的反应渐渐消耗氢气和氮气
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    但是，持续的反应渐渐消耗氢气和氮气
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    因为容器中
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    氢气和氮气的量减少
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    反应速度随之减慢
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    最终，氨气分子到达一个临界点
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    它们开始分解成氮气和氢气
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    它们开始分解成氮气和氢气
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    此后，两种化学反应
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    即氨气的形成和分解
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    将渐渐达到同样的速度
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    当它们等速时
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    反应便被称为达到了化学平衡
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    这听起来不错，但其实不然
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    因为你仅仅是想制造一吨纯的氨气
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    因为你仅仅是想制造一吨纯的氨气
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    哈伯不想让反应产生的氨气分解
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    哈伯不想让反应产生的氨气分解
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    但如果让此化学反应在密封容器中自由进行
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    但如果让此化学反应在密封容器中自由进行
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    氨气便会分解
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    法国化学家
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    亨利·路易·勒夏特列
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    帮上了忙
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    他发现
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    如果你向已达到化学平衡的系统里
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    加上一些东西
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    比如，氮气
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    那么这个系统会自动调整，以重新回到平衡
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    那么这个系统会自动调整，以重新回到平衡
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    勒夏特列还发现
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    如果增大系统的压力
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    如果增大系统的压力
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    为了返回到以前的压力状态，系统将继续反应
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    为了返回到以前的压力状态，系统将继续反应
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    就像在一个拥挤的房间
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    分子的数量越多
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    系统的压力就越大
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    让我们看看这个反应的化学方程式
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    在方程式的左边有四个分子
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    在方程式的左边有四个分子
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    而方程式的右边只有两个分子
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    所以，为了让房间变得不那么拥挤
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    以至减小压力
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    氮气和氢气的合成反应会重新开始
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    氮气和氢气的合成反应会重新开始
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    产生更加小巧的氨气分子
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    哈伯意识到为了制造大量的氨气
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    哈伯意识到为了制造大量的氨气
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    他必须首先创造一台机器
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    可以连续不断地注入氢气和氮气
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    并且持续增加平衡系统的压力
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    并且持续增加平衡系统的压力
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    他做到了
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    今天，氨气是世界上被制造得
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    最多的化合物之一
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    每年大约有1亿3千1百万公吨的氨气被产出
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    重量大约为2900亿磅
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    这个相当于
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    3千万头每头约1万磅重的非洲大象的总重
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    3千万头每头约1万磅重的非洲大象的总重
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    80%的氨气被用于制造肥料
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    剩下的20%被用于
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    工业和家庭用的清洁剂中
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    以及制造其它氮化物
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    例如，硝酸
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    最近的研究显示
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    化肥中一半的氮都没有被植物吸收
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    化肥中一半的氮都没有被植物吸收
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    之后，我们发现氮是具挥发性的化合物
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    之后，我们发现氮是具挥发性的化合物
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    积存在地球的水和大气中
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    对我们的环境造成极大污染
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    当然，在哈伯发明制氮法时
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    他并没有预见到这个问题
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    继承哈伯的开创性的发明
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    今日的科学家们在找寻一种21世纪的新制氮法
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    今日的科学家们在找寻一种21世纪的新制氮法
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    它既可以达到制氮的目的
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    又不会给人类带来不好的后果
Title:
养活世界的化学反应—Daniel D. Dulek
Description:

观看整个课程：http://ed.ted.com/lessons/the-chemical-reaction-that-feeds-the-world-daniel-d-dulek

为了给地球上数十亿人口提供粮食，我们是用什么方法来进行快速耕种的？这个方法叫做哈伯制氨法，它将空气里的氮气转化为氨气。氨气在土壤中，可以很容易地被转化为植物生长必需的硝酸盐。虽然哈伯制氨法成功地增加了世界粮食产量，但它也对环境造成了不可预见的危害。Daniel D. Dulek将为我们讲解哈伯制氨法背后的化学原理以及其后果。

课程制作：Daniel D. Dulek
动画制作：Uphill Downhill
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Video Language:
English
Team:
closed TED
Project:
TED-Ed
Duration:
05:19

Chinese, Simplified subtitles

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