< Return to Video

餵飽世界的化學反應 - Daniel D. Dulek

  • 0:07 - 0:10
    你說在過去幾世紀裡
  • 0:10 - 0:12
    什麼是人類最重要的發現？
  • 0:12 - 0:13
    是電腦？
  • 0:13 - 0:13
    汽車？
  • 0:13 - 0:14
    電力？
  • 0:14 - 0:16
    還是發現原子？
  • 0:16 - 0:20
    我會說是這項化學反應：
  • 0:20 - 0:21
    一個氮氣分子
  • 0:21 - 0:23
    加上三個氫氣分子
  • 0:23 - 0:27
    得到兩個氨氣分子
  • 0:27 - 0:28
    這就是哈柏法
  • 0:28 - 0:31
    將空氣中的氮分子
  • 0:31 - 0:32
    與氫分子結合
  • 0:32 - 0:36
    或將空氣變成肥料
  • 0:36 - 0:37
    沒有這項反應
  • 0:37 - 0:39
    農夫僅可生產足夠
  • 0:39 - 0:41
    四十億人口所需的食物
  • 0:41 - 0:45
    我們目前的人口剛剛超過七十億
  • 0:45 - 0:47
    所以，沒有哈柏法
  • 0:47 - 0:51
    有超過三十億的人會沒食物吃
  • 0:51 - 0:55
    你看，氮以硝酸鹽 NO3 的形式存在
  • 0:55 - 0:58
    是植物生存的一種基本營養素
  • 0:58 - 1:01
    當作物生長，他們消耗氮
  • 1:01 - 1:02
    從土壤中吸收氮
  • 1:02 - 1:04
    土壤中的氮可經由
  • 1:04 - 1:06
    長時間的自然施肥法補充
  • 1:06 - 1:08
    像動物腐化
  • 1:08 - 1:10
    但人類想以更快的方法
  • 1:10 - 1:12
    種植糧食
  • 1:12 - 1:14
    那麼，這就是令人沮喪的部分：
  • 1:14 - 1:17
    空氣的組成中有 78% 為氮
  • 1:17 - 1:19
    但作物不能從空氣直接利用氮
  • 1:19 - 1:23
    因為它含有非常強的三鍵
  • 1:23 - 1:25
    作物無法分解
  • 1:25 - 1:27
    基本上哈柏所做的
  • 1:27 - 1:28
    是找出一種方法
  • 1:28 - 1:30
    把空氣中的氮
  • 1:30 - 1:31
    放進土壤中
  • 1:31 - 1:35
    1908 年，德國化學家弗里茨·哈柏
  • 1:35 - 1:36
    發展出一種化學方法
  • 1:36 - 1:39
    以利用空氣中取之不盡的氮
  • 1:39 - 1:42
    哈柏發現一種方法
    把空氣中的氮
  • 1:42 - 1:43
    與氫氣鍵結
  • 1:43 - 1:45
    以形成氨
  • 1:45 - 1:48
    然後氨可被注入土壤中
  • 1:48 - 1:51
    在土裡快速轉變成硝酸鹽
  • 1:51 - 1:53
    但如果哈柏法要能拿來用在
  • 1:53 - 1:55
    餵飽全世界
  • 1:55 - 1:58
    他必須找出一種
    能快速簡易製造出氨的方法
  • 1:58 - 1:59
    為了瞭解
  • 1:59 - 2:01
    哈柏如何達成這項豐功偉業
  • 2:01 - 2:02
    我們必須對
  • 2:02 - 2:04
    化學平衡有一番瞭解
  • 2:04 - 2:06
    要達到化學平衡
  • 2:06 - 2:10
    你的化學反應要在封閉容器下進行
  • 2:10 - 2:11
    舉例來說，你把
  • 2:11 - 2:14
    氫氣及氮氣放在封閉容器內
  • 2:14 - 2:16
    讓它們反應
  • 2:16 - 2:18
    實驗開始時
  • 2:18 - 2:20
    我們有大量的氮及氫
  • 2:20 - 2:22
    所以氨的形成
  • 2:22 - 2:24
    以高速進行
  • 2:24 - 2:27
    但當氫及氮反應一段時間
  • 2:27 - 2:28
    到快用完的時候
  • 2:28 - 2:30
    反應變慢
  • 2:30 - 2:34
    因為瓶子裡的氮及氫變少了
  • 2:34 - 2:36
    最終，氨分子會達到一種情況
  • 2:36 - 2:38
    就是它們又開始分解
  • 2:38 - 2:41
    成為氮氣及氫氣
  • 2:41 - 2:43
    一段時間後，這兩種反應
  • 2:43 - 2:46
    就是產生及分解氨氣
  • 2:46 - 2:48
    會達到相同速率
  • 2:48 - 2:49
    當這兩個速率相等時
  • 2:49 - 2:52
    我們就說反應達到平衡
  • 2:53 - 2:55
    這聽起來不錯，但並非如此
  • 2:55 - 2:57
    尤其當你只想要
  • 2:57 - 2:59
    產生一噸的氨氣時
  • 2:59 - 3:00
    哈柏根本不想讓氨氣
  • 3:00 - 3:02
    再分解回去
  • 3:02 - 3:03
    但如果你就是把這項反應
  • 3:03 - 3:05
    放在封閉容器裡進行
  • 3:05 - 3:06
    那就是必然的結果
  • 3:06 - 3:09
    這也就是亨利·路易·勒夏特列
  • 3:09 - 3:10
    這位法國化學家
  • 3:10 - 3:11
    可以幫忙的地方
  • 3:11 - 3:13
    他發現
  • 3:13 - 3:15
    如果你把達到反應平衡的系統
  • 3:15 - 3:16
    加入某項東西
  • 3:16 - 3:18
    像是，這麼說，氮氣
  • 3:18 - 3:19
    這個系統會持續進行
  • 3:19 - 3:21
    直到再達到平衡為止
  • 3:21 - 3:22
    勒夏特列同時發現
  • 3:22 - 3:23
    如果你增加
  • 3:23 - 3:26
    一個系統的壓力
  • 3:26 - 3:27
    這個系統會試著
  • 3:27 - 3:29
    回到原有的壓力
  • 3:29 - 3:31
    這就像身處擁擠的房間
  • 3:31 - 3:32
    分子愈多
  • 3:32 - 3:34
    壓力愈大
  • 3:34 - 3:36
    如果我們回頭去看我們的方程式
  • 3:36 - 3:38
    我們會看見在左邊
  • 3:38 - 3:40
    左邊有四個分子
  • 3:40 - 3:42
    而右邊只有兩個
  • 3:42 - 3:44
    所以，如果我們想讓房間不那麼擠
  • 3:44 - 3:46
    並因而產生較小的壓力
  • 3:46 - 3:47
    這個系統就會開始
  • 3:47 - 3:49
    結合氮及氫
  • 3:49 - 3:52
    製造出較小巧緊密的氨分子
  • 3:52 - 3:54
    哈柏瞭解到為了製造
  • 3:54 - 3:55
    大量的氨
  • 3:55 - 3:57
    他必須發明一種機器
  • 3:57 - 4:00
    可以持續加入氮及氫
  • 4:00 - 4:01
    同時也要增加壓力
  • 4:01 - 4:03
    在這平衡系統上
  • 4:03 - 4:05
    這也正是他所做的
  • 4:05 - 4:08
    今天，氨是世上產量最多的
  • 4:08 - 4:10
    化學化合物之一
  • 4:10 - 4:15
    每年產量粗估為 1 .31 億公噸
  • 4:15 - 4:18
    亦即二千九百億磅的氨
  • 4:18 - 4:19
    這是大約
  • 4:19 - 4:21
    三千萬隻非洲象的總重
  • 4:21 - 4:24
    每頭約以一萬磅來算
  • 4:24 - 4:28
    80% 生產出的氨拿來做肥料
  • 4:28 - 4:29
    其餘則使用在
  • 4:29 - 4:31
    工業及家用清潔用品上
  • 4:31 - 4:33
    並拿來生產其他種氮化合物
  • 4:33 - 4:35
    譬如硝酸
  • 4:35 - 4:36
    最近的研究發現
  • 4:36 - 4:39
    半數肥料中的氮
  • 4:39 - 4:41
    沒有被植物同化
  • 4:41 - 4:43
    結果是，氮就以
  • 4:43 - 4:45
    揮發性化學化合物的形式
  • 4:45 - 4:48
    在地球的供水及大氣中被發現
  • 4:48 - 4:50
    嚴重破壞我們的環境
  • 4:50 - 4:51
    當然，在哈柏發表他的發明時
  • 4:51 - 4:53
    無法預測這個問題
  • 4:53 - 4:55
    為了承接他的開創視野
  • 4:55 - 4:56
    當代科學家正在尋找
  • 4:56 - 4:59
    21 世紀的新哈柏法
  • 4:59 - 5:01
    以達到同樣程度的幫助
  • 5:01 - 5:03
    卻無危險的後果
Title:
餵飽世界的化學反應 - Daniel D. Dulek
Description:

觀看完整課程：http://ed.ted.com/lessons/the-chemical-reaction-that-feeds-the-world-daniel-d-dulek

我們要如何快速種植足夠的作物，以餵飽地球上數十億人口？這稱為哈柏法，即把空氣中的氮轉成氨，而氨能在土裡輕易地轉換成硝酸鹽，這種植物維生的必須品。雖然哈柏法增加了全球糧食供應，它同時也為環境帶來預料之外的代價。丹尼爾 (Daniel D. Dulek) 探究其化學及其後果。

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

Chinese, Traditional subtitles

Revisions Compare revisions

Our website uses cookies for analysis purposes.