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

Translator: Rahoz Ibrahim Reviewer: Daban Q. Jaff

What would you say

بەڕای تۆ

is the most important discovery

گرنگترین دۆزینەوە

made in the past few centuries?

لە چەند سەدەی ڕابردوودا چییە؟

Is it the computer?

ئایا کۆمپیوتەرە؟

The car?

ئۆتۆمبێلە؟

Electricity?

کارەبایە؟

Or maybe the discovery of the atom?

یان لەوانەیە دۆزینەوەی ئەتۆم بێت؟

I would argue that it is this chemical reaction:

پێموایە ئەو کارلێکە کیمیاویییە:

a nitrogen gas molecule

گەردیلەیەکی گازی نایترۆجینە

plus three hydrogen gas molecules

لەگەڵ سێ گەرد لە گازی هایدرۆجین

gets you two ammonia gas molecules.

دوو گەردیلەی گازی ئەمۆنیات دەستدەکەوێت.

This is the Haber process

ئەمە پڕۆسەی هابەرە

of binding nitrogen molecules in the air

و تێکەڵکردنی گەردیلەکانی نایترۆجینە لە هەوادا

to hydrogen molecules,

لەگەڵ گەردیلەی هایدرۆجینی،

or turning air into fertilizer.

یان گۆڕینی هەوا بۆ پەینی کیمیایی.

Without this reaction,

بەبێ ئەم کارلێکردنە،

farmers would be capable of producing enough food

جووتیاران توانای بەرهەمهێنانی خۆراکی تەواویان هەیە

for only 4 billion people;

تەنها بۆ ٤ملیار کەس؛

our current population is just over 7 billion people.

ژمارەی دانیشتوانی ئێستامان زیاتر لە ٧ ملیار کەس دەبێت.

So, without the Haber process,

کەواتە، بەبێ پڕۆسەی هابەر،

over 3 billion people would be without food.

زیاتر لە ٣ ملیار کەس بێ خۆراك دەبێت.

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

کاتێك نایترۆجین لەسەر شێوەی نیتراتە، NO3،

بە خۆراکێکی بنچینەیی دادەنرێت بۆ ئەوەی ڕووەکەکان بمێننەوە.

is an essential nutrient for plants to survive.

کاتێك دانەوێڵەکان گەشە دەکەن، نایترۆجین بەکاردێنن،

As crops grow, they consume the nitrogen,

removing it from the soil.

دوری دەخەنەوە لە خاك.

The nitrogen can be replenished

نایترۆجینەکە دەتوانرێت دروستبێتەوە

through long, natural fertilization processes

بە پڕۆسەی، بە پەینکردنی درێژخایەنی سروشتی

like decaying animals,

وەك شیبوونەوەی گیانەوەرەکان،

but humans want to grow food

بەڵام مرۆڤ دەیەوێت خۆراك بڕوێنێت

much faster than that.

بەڕێگەیەکی زۆر خێراتر لەمە.

Now, here's the frustrating part:

ئەمەش بەشە هەرە سەختەکەیە:

78% of the air is composed of nitrogen,

لە ٧٨٪ هەوا لە نایترۆجین پێکدێت،

بەڵام دانەوێڵە ناتوانێت تەنها نایترۆجین لە هەوا وەربگرێت

but crops can't just take nitrogen from the air

because it contains very strong triple bonds,

چونکە بەستەوەرێکی زۆر بەهێزی سیانی لە خۆدەگرێت،

which crops cannot break.

کە ناتوانن بەروبوومەکان بشکێنن.

What Haber did basically

ئەوەی هابەر لە بنەڕەتدا کردی

was figure out a way

دۆزینەوەی ڕێگەیەکە بوو

to take this nitrogen in the air

بۆ ئەوەی ئەم نایترۆجینە لە هەوادا ببردرێت

and put it into the ground.

و بخرێتە ناوەوەی زەوی.

In 1908, the German chemist Fritz Haber

ساڵی 1908 کیمیازانی ئەڵمانی فریتز هابەر

developed a chemical method

شێوازێکی کیمیایی بەرەو پێشخست

for utilizing the vast supply of nitrogen in the air.

بۆ بەکارهێنانی ئەو دابینکردنە گەورە نایترۆجینیەی کە لە هەوادا هەیە.

هابەر ڕێگەیەکی دۆزییەوە

Haber found a method

which took the nitrogen in the air

کە نایترۆجینەکەی لە هەوادا برد

and bonded it to hydrogen

و بە هایدرۆجینی بەند کرد

to form ammonia.

بۆ پێکهێنانی ئەمۆنیا.

Ammonia can then be injected into the soil,

پاشان ئەتوانرێت ئەمۆنیا بکرێتە ناو خاکەوە،

where it is quickly converted into nitrate.

کە بەخێرایی دەگۆڕدرێت بۆ نیترایت.

بەڵام ئەگەر پڕۆسەکەی هابەر بەکاربهێنرایە

But if Haber's process was going to be used

بۆ ئەوەی خۆراك بە جیهان بدرێت،

to feed the world,

ئەو پێویستی بە دۆزینەوەی ڕێگەیەک دەبوو

he would need to find a way

to create a lot of this ammonia quickly and easily.

بۆ ئەوەی بڕێکی زۆر لەم ئەمۆنیایە بە خێرایی و بە ئاسانی دروست بکرێت.

بۆ ئەوەی تێبگەین

In order to understand

how Haber accomplished this feat,

هابەر چۆن بەم کارە هەڵسا،

we need to know something

پێوستە شتێك بزانین

about chemical equilibrium.

دەربارەی هاوسەنگی کیمیایی.

Chemical equilibrium can be achieved

هاوسەنگی کیمیایی دەتوانرێت بە دەست بهێنرێت

when you have a reaction in a closed container.

کاتێك کارلێکێک لەدەفرێکی داخراودا هەیە.

For example, let's say you put

بۆ نموونە، باوا بڵێین تۆ

hydrogen and nitrogen into a closed container

هایدرۆجین و نایترۆجین لە دەفرێکی داخراودا دادەنێت

and allow them to react.

و وای لێدەکەیت کە کارلێك بکەن.

In the beginning of the experiment,

لەسەرەتای تاقیکردنەوەکەدا،

we have a lot of nitrogen and hydrogen,

بڕێکی زۆری نایترۆجین و هایدرۆجینمان هەیە،

so the formation of ammonia

کەواتە پێکهێنانی ئەمۆنیا

proceeds at a high speed.

بە خێراییەکی زۆرەوە بەردەوام دەبێت.

But as the hydrogen and nitrogen react

بەڵام هەر کە هایدرۆجین و نایترۆجینەکە کارلێك دەکەن

and get used up,

the reaction slows down

کارلێکەکە خاو دەبێتەوە

because there is less nitrogen and hydrogen

بەهۆی کەمبوونەوەی نایترۆجین و هایدرۆجین

in the container.

لە دەفرەکەدا.

Eventually, the ammonia molecules reach a point

تەنانەت گەردیلەکانی ئەمۆنیا دەگەنە خاڵی کۆتایی

where they start to decompose

دەست دەکەن بە شیبوونەوە

back into the nitrogen and hydrogen.

دەگەڕێنەوە بۆ نایترۆجین و هایدرۆجین.

After a while, the two reactions,

دوای ماوەیەك، ئەم دوو کارلێکە،

creating and breaking down ammonia,

دەستدەکەن بە دروستکردن و تێکشکاندنی ئەمۆنیا،

will reach the same speed.

When these speeds are equal,

کاتێك ئەم خێراییانە یەکسان دەبن،

we say the reaction has reached equilibrium.

دەڵێین کارلێکەکە گەیشتۆتە ئاستی هاوسەنگی.

This might sound good, but it's not

لەوانەیە ئەمە باش بێت، گەر چی وانییە

when what you want

کاتێك کە دەتەوێت

is to just create a ton of ammonia.

تەنها تەنێك ئەمۆنیا درووست بکەیت.

Haber doesn't want the ammonia

هابیر ئەمۆنیای ناوێت

بۆ ئەوەی بە تەواوی بشکێن،

to break down at all,

but if you simply leave the reaction

بەڵام ئەگەر بە سادەیی کارلێکەکە جێبهێڵیت

in a closed container,

لە دەفرێکی داخراودا،

that's what will happen.

ئەوە دەبێ چی ڕوو بدات

Here's where Henry Le Chatelier,

لێرەدا ئەو شوێنەیە کە هێنری لو شاییر

a French chemist,

کیمیازانێکی فەڕەنسیە

can help.

دەتوانێت یارمەتیمان بدات.

What he found was

ئەوەی کە دۆزیەوە ئەوە بوو

that if you take a system in equilibrium

کە ئەگەر سیستەمێك لە هاوسەنگی وەربگری

and you add something to it,

و شتێکی بۆ زیاد دەکەیت،

like, say, nitrogen,

بۆ نموونە، بابڵێین نایترۆجین،

the system will work

سیستەمەکە کار دەکات

to get back to equilibrium again.

بۆ گەڕانەوەی هاوسەنگی بۆ جارێکی تر.

Le Chatelier also found

لو شاتولییر هەروەها ئەوەی دۆزییەوە

that if you increase

کە ئەگەر تۆ

the amount of pressure on a system,

بڕی پاڵەپەستۆ سەر سیستەمەکە زیاد بکەیت،

the system tries to work

سیستەمەکە دەیەوێت کار بکات

to return to the pressure it had.

بۆ گەڕانەوە بۆ ئەو فشارەی کە لەسەری بوو.

It's like being in a crowded room.

وەك ئەوە وایە لە ژورێکی قەرەباڵغدا بیت.

The more molecules there are,

گەردیلەکان زیاتر دەبن لەوەی کە هەنە،

the more pressure there is.

فشاری زیاتر دەکەن لەوەی هەیە.

If we look back at our equation,

ئەگەر سەیری هاوکێشەکەمان بکەین،

we see that on the left-hand side,

لە لای چەپەوە دەبینین،

there are four molecules on the left

چوار گەردیلە لە لای چەپ هەیە

and just two on the right.

و تەنها دووان لە لای ڕاست.

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

ئەگەر بمانەوێت قەرەباڵغی ژوورەکە کەم بکەینەوە،

و بۆ ئەوەی پاڵەپەستۆ کەم بێتەوە،

and therefore have less pressure,

the system will start

سیستەمەکە دەست پێدەکات

combining nitrogen and hydrogen

بە تێکەڵکردنی نایترۆجین و هایدرۆجین

to make the more compact ammonia molecules.

بۆ زیاتر دروستکردنی گەردیلەی ئامۆنیای پەستراو،

Haber realized that in order to make

هابەر بۆی دەرکەوت بۆ ئەوەی بڕێکی زۆر

large amounts of ammonia,

لە ئەمۆنیا درووست بکات،

he would have to create a machine

ئەوا دەبێت ئامێرێك دروست بکات

that would continually add nitrogen and hydrogen

کە بە بەردەوامی نایترۆجین و هایدرۆجین زیاد بکات

while also increasing the pressure

هەروەها لە کاتێکدا فشار زیاد دەکات

on the equilibrium system,

لەسەر سیستەمی هاوسەنگی،

which is exactly what he did.

کە ڕێك ئەو شتەیە کە کردی.

Today, ammonia is one of the most produced

ئەمڕۆ، ئەمۆنیا یەکێکە لە پێکهاتە

chemical compounds in the world.

کیمیاویە زۆر بەرهەم هاتووەکان لە جیهاندا.

Roughly 131 million metric tons are produced a year,

ساڵانە نزیکەی 131 ملیۆن تۆن سێجا بەرهەم دەهێنرێت.

which is about 290 billion pounds of ammonia.

کە بە نزیکەی ٢٩٠ ملیار پاوەندە لە ئەمۆنیا.

That's about the mass

ئەوە بە قەد بارستەیەی

of 30 million African elephants,

٣٠ ملیۆن فیلی ئەفریقیە،

weighing roughly 10,000 pounds each.

کێشی هەر یەکەیان نزیکەی ١٠٠٠٠ پاوندە.

80% of this ammonia is used in fertilizer production,

لە ٨٠٪ ئەم ئەمۆنیایە لە دروستکردنی پەین بەکاردەهێنرێت،

لە کاتێکدا ئەوانی تر بە کاردەهێنرێت

while the rest is used

in industrial and household cleaners

لە پیشەسازی و پاککەرەوەکانی ناوماڵ

and to produce other nitrogen compounds,

و بۆ بەرهەمهێنانی پێکهاتەکانی تری نایترۆجین،

such as nitric acid.

وەك ترشی نیتریك.

توێژینەوە تازەکان دۆزیویانەتەوە

Recent studies have found

that half of the nitrogen from these fertilizers

کە نیوەی نایترۆجینەکان لەم پەینانە

is not assimilated by plants.

لە لایەن ڕووەکەکانەوە هەڵنامژرێن.

Consequently, the nitrogen is found

بەم پێیە، نایترۆجین بوونی هەیە

as a volatile chemical compound

وەك پێکهاتەیەکی کیمیایی هەڵچوو

in the Earth's water supplies and atmosphere,

لە سەرچاوەکانی ئاوی زەوی و کەش و هەوا،

severely damaging our environment.

بە سەختی ژینگەکەمان وێران دەکات.

Of course, Haber did not foresee this problem

بە دڵنیاییەوە، هابەر پێشبینی ئەم کێشەیەی نەکرد بوو

when he introduced his invention.

کاتێك داهێنانەکەی ناساند.

Following his pioneering vision,

بە دوای بینینە پێشەنگەکەی،

scientists today are looking

زاناکان ئەمڕۆ دەگەڕێن بە دوای

for a new Haber process of the 21st century,

کارلێکی نوێی هابەر لەسەدەی ٢١ دا،

which will reach the same level of aid

کە دەگاتە هەمان ئاستی یارمەتیدان

without the dangerous consequences.

بەبێ دەرەنجامە مەترسیدارەکان.