The chemical reaction that feeds the world - Daniel D. Dulek

التفاعل الكيميائي الذي يطعم العالم - دانيال د. دوليك

المترجم: Abd Al-Rahman Al-Azhurry المدقّق: khalid marbou

What would you say

برأيك

is the most important discovery

ما هو أهم اكتشاف

made in the past few centuries?

تم في العقود القليلة الماضية؟

Is it the computer?

هل هو الحاسوب؟

The car?

السيارة؟

Electricity?

الكهرباء؟

Or maybe the discovery of the atom?

أو ربما اكتشاف الذرة؟

I would argue that it is this chemical reaction:

أعتقد أنه هذا التفاعل الكيميائي:

a nitrogen gas molecule

جزيء غاز النتروجين

plus three hydrogen gas molecules

مع ثلاث جزيئات من غاز الهيدروجين

gets you two ammonia gas molecules.

يعطونك جزيئين من غاز الأمونياك.

This is the Haber process

هذا ما يدعى بتفاعل هابر

of binding nitrogen molecules in the air

وهو دمج جزيئات النتروجين في الهواء

to hydrogen molecules,

مع جزيئات الهيدروجين

or turning air into fertilizer.

أو تحويل الهواء إلى سماد.

Without this reaction,

بدون هذا التفاعل

farmers would be capable of producing enough food

سيكون المزارعون قادرون على إنتاج ما يكفي

for only 4 billion people;

أربعة ملايير من البشر من الطعام

our current population is just over 7 billion people.

وتعدادنا السكاني تجاوز السبعة مليارات إنسان بقليل.

So, without the Haber process,

إذاً، لولا تفاعل هابر

over 3 billion people would be without food.

أكثر من ثلاثة ملايير من البشر سيبقون بدون طعام.

You see, nitrogen in the form of nitrate, NO3,

عندما يكون النتروجين على شكل النترات، NO3

is an essential nutrient for plants to survive.

يعتبر مغذياً أساسياً للنباتات لتبقى.

As crops grow, they consume the nitrogen,

عندما تنمو المحاصيل تستهلك النتروجين

removing it from the soil.

مزيلةً إياه من التربة.

The nitrogen can be replenished

يمكن أن يتجدد النتروجين

through long, natural fertilization processes

بعمليات تسميد طبيعية طويلة الأمد

like decaying animals,

كتفسخ الحيوانات

but humans want to grow food

لكن البشر يريدون أن يزرعوا المحاصيل

much faster than that.

بطريقة أسرع من هذه.

Now, here's the frustrating part:

ولكن هاك الجزء المحبط

78% of the air is composed of nitrogen,

78% من الهواء مكون من النتروجين،

but crops can't just take nitrogen from the air

ولكن المحاصيل لا يمكنها أن تأخذ النتروجين من الهواء بهذه البساطة

because it contains very strong triple bonds,

لأن فيه روابط ثلاثية قوية جداً

which crops cannot break.

والتي لا يمكن للمحاصيل أن تفصمها.

What Haber did basically

والذي قام به هابر بشكل عام

was figure out a way

كان اكتشاف طريقة

to take this nitrogen in the air

لأخذ النتروجين من الهواء

and put it into the ground.

ووضعه في الأرض.

In 1908, the German chemist Fritz Haber

في عام 1908، طور الكيميائي الألماني فريتز هابر

developed a chemical method

طريقة كيميائيةً

for utilizing the vast supply of nitrogen in the air.

لجعل المخزون الكبير للنتروجين في الهواء قابلاً للاستعمال.

Haber found a method

which took the nitrogen in the air

وجد هابر طريقة

تأخذ النتروجين من الهواء

and bonded it to hydrogen

وتربطه بالهيدروجين

to form ammonia.

لتشكيل الأمونياك.

Ammonia can then be injected into the soil,

عندها يمكن أن يوضع الأمونياك في التربة

where it is quickly converted into nitrate.

والذي يتحول بسرعة إلى نترات.

But if Haber's process was going to be used

ولكن لو كان لطريقة هابر أن تُستَعْملَ

to feed the world,

لإطعام العالم

he would need to find a way

كان عليه أن يجد طريقة

to create a lot of this ammonia quickly and easily.

لصنع الكثير من ذاك الأمونياك بسرعة وسهولة.

In order to understand

ولكي نفهم

how Haber accomplished this feat,

كيف قام هابر بتحقيق ذلك

we need to know something

علينا أن نعلم شيئاً

about chemical equilibrium.

عن التوازن الكيميائي.

Chemical equilibrium can be achieved

يمكن أن يتحقق التوازن الكيميائي

when you have a reaction in a closed container.

عندما يكون لدينا تفاعل في حاوية مغلقة.

For example, let's say you put

على سبيل المثال، لنقل أنك قمت بوضع

hydrogen and nitrogen into a closed container

الهيدروجين والنتروجين في حاوية مغلقة

and allow them to react.

وسمحت لهم بالتفاعل.

In the beginning of the experiment,

في بداية التجربة

we have a lot of nitrogen and hydrogen,

يكون لدينا الكثير من الهيدروجين والنتروجين

so the formation of ammonia

لذا يكون يتم تشكل النشادر

proceeds at a high speed.

بسرعة كبيرة.

But as the hydrogen and nitrogen react

ولكن وكما يتفاعل الهيدروجين والنتروجين

and get used up,

ويُسْتَعْمَلون

the reaction slows down

يتباطأ التفاعل

because there is less nitrogen and hydrogen

بسبب تناقص النتروجين والهيدروجين

in the container.

في الحاوية.

Eventually, the ammonia molecules reach a point

في نهاية الأمر تصل جزيئات الأمونياك إلى مرحلة

where they start to decompose

تبدأ فيها بالتفكك

back into the nitrogen and hydrogen.

لتعود إلى تشكيل النتروجين والهيدروجين.

After a while, the two reactions,

بعد فترة، يصل التفاعلين

creating and breaking down ammonia,

تشكل الأمونياك وتفككه

will reach the same speed.

إلى نفس السرعة.

When these speeds are equal,

عندما تتساوى السرعتان

we say the reaction has reached equilibrium.

نقول أن التفاعل قد وصل حد التوازن.

This might sound good, but it's not

قد يبدو هذا جيداً إلا أنه ليس كذلك

when what you want

عندما يكون هدفك

is to just create a ton of ammonia.

أن تشكل طناً من الأمونياك.

Haber doesn't want the ammonia

هابر لا يريد من الأمونياك

to break down at all,

أن يتفكك على الإطلاق،

but if you simply leave the reaction

ولكن إذا تركت التفاعل

in a closed container,

في حاوية مغلقة،

that's what will happen.

سيحدث ذلك.

Here's where Henry Le Chatelier,

هنا يمكن لـ "هنري لو شاتوليير"

a French chemist,

وهو كيميائي فرنسي،

can help.

أن يساعد.

What he found was

ما اكتشفه

that if you take a system in equilibrium

هو أنك لو أخذت نظاماً متزناً

and you add something to it,

وأضفت إليه شيئاً ما،

like, say, nitrogen,

كالنتروجين على سبيل المثال،

the system will work

سيعمل النظام

to get back to equilibrium again.

ليعود إلى حالة التوازن مرة ثانية.

Le Chatelier also found

لو شاتوليير وجد أيضاً

that if you increase

أنه لو قمت بزيادة

the amount of pressure on a system,

الضغط على النظام،

the system tries to work

سيعمل النظام محاولاً

to return to the pressure it had.

إعادة الضغط لما كان عليه.

It's like being in a crowded room.

يشبه هذا أن تكون في غرفة مزدحمة.

The more molecules there are,

كلما زاد عدد الجزيئات،

the more pressure there is.

كلما زاد الضغط.

If we look back at our equation,

وبالنظر إلى معادلتنا السابقة،

we see that on the left-hand side,

نرى على اليسار،

there are four molecules on the left

أن هناك أربعة جزيئات على اليسار

and just two on the right.

وفقط جزيئان على اليمين.

So, if we want the room to be less crowded,

لذا إذا أردنا أن نخفف ازدحام الغرفة

and therefore have less pressure,

والحصول على ضغط أقل،

the system will start

سيبدأ النظام

combining nitrogen and hydrogen

بدمج النتروجين والهيدروجين

to make the more compact ammonia molecules.

لصنع المزيد من جزيئات النشادر المضغوطة.

Haber realized that in order to make

أدرك هابر أنه ولتشكيل

large amounts of ammonia,

كميات كبيرة من الأمونياك

he would have to create a machine

عليه أن يصنع آلة

that would continually add nitrogen and hydrogen

تضيف النتروجين والهيدروجين باستمرار

while also increasing the pressure

بالإضافة إلى زيادتها للضغط

on the equilibrium system,

للنظام المتوازن،

which is exactly what he did.

وهذا ما قام به بالضبط.

Today, ammonia is one of the most produced

في يومنا هذا، الأمونياك هو واحد من أكثر

chemical compounds in the world.

المركبات الكيميائية إنتاجاً في العالم.

Roughly 131 million metric tons are produced a year,

قرابة المئة وواحد وثلاثين مليون طن مكعب تنتج سنوياً

which is about 290 billion pounds of ammonia.

ما يعادل مئتان وتسعين مليار رطل من الأمونياك.

That's about the mass

ما يعادل كتلة

of 30 million African elephants,

ثلاثين مليون فيلاً أفريقياً،

weighing roughly 10,000 pounds each.

يزن كل منها قرابة العشرة آلاف رطل.

80% of this ammonia is used in fertilizer production,

ثمانون بالمئة من النشادر يستخدم في صناعة الأسمدة

while the rest is used

بينما يستخدم الباقي

in industrial and household cleaners

في المنظفات المنزلية والصناعية

and to produce other nitrogen compounds,

ولصناعة غيرها من مركبات النتروجين

such as nitric acid.

كحمض النتريك.

Recent studies have found

وجدت دراسات حديثة

that half of the nitrogen from these fertilizers

أن ما يعادل نصف النتروجين من هذه الأسمدة

is not assimilated by plants.

لا يتم استيعابهم من النباتات.

Consequently, the nitrogen is found

بناءً على ذلك، فالنتروجين موجود

as a volatile chemical compound

كمركب كيميائي متطاير

in the Earth's water supplies and atmosphere,

في مخزن الأرض من الماء وفي الغلاف الجوي،

severely damaging our environment.

مخرباً بشكل بيئتنا بشكل كبير.

Of course, Haber did not foresee this problem

بالطبع لم يتوقع هابر هذه المشكلة

when he introduced his invention.

عندما قدم اكتشافه.

Following his pioneering vision,

وعلى خطى رؤيته المبدعة

scientists today are looking

علماء اليوم يبحثون

for a new Haber process of the 21st century,

عن "تفاعل هابر" جديد في القرن الواحد والعشرين،

which will reach the same level of aid

والذي سيصل إلى نفس مستوى المساعدة

without the dangerous consequences.

ولكن بدون العواقب الخطيرة.