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

La reazione chimica che sfama il mondo -Daniel D. Dulek

Traduttore: Angela Fato Revisore: Claudio Dinapoli

What would you say

Quale credete che sia

is the most important discovery

la scoperta più importante

made in the past few centuries?

fatta negli ultimi secoli?

Is it the computer?

Il computer?

The car?

L'automobile?

Electricity?

L'elettricità?

Or maybe the discovery of the atom?

O forse la scoperta dell'atomo?

I would argue that it is this chemical reaction:

Io direi questa reazione chimica:

a nitrogen gas molecule

una molecola di azoto

plus three hydrogen gas molecules

più tre molecole di idrogeno

gets you two ammonia gas molecules.

che creano due molecole di ammoniaca.

This is the Haber process

Questo è il processo Haber

of binding nitrogen molecules in the air

che lega molecole di azoto nell'aria

to hydrogen molecules,

a molecole di idrogeno,

or turning air into fertilizer.

e che trasforma l'aria in fertilizzante.

Without this reaction,

Senza questa reazione,

farmers would be capable of producing enough food

gli agricoltori riuscirebbero a produrre cibo a sufficienza

for only 4 billion people;

solo per 4 miliardi di persone;

our current population is just over 7 billion people.

mentre la nostra popolazione si aggira intorno ai 7 miliardi.

So, without the Haber process,

Quindi, senza il processo Haber

over 3 billion people would be without food.

oltre 3 miliardi di persone sarebbero senza cibo.

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

Sapete, l'azoto in forma di nitrato, NO3,

is an essential nutrient for plants to survive.

è un nutriente essenziale per la sopravvivenza delle piante.

As crops grow, they consume the nitrogen,

Crescendo, le coltivazioni consumano azoto,

removing it from the soil.

assorbendolo dal suolo.

The nitrogen can be replenished

L'azoto può essere reintegrato

through long, natural fertilization processes

attraverso dei lunghi processi di fertilizzazione naturale

like decaying animals,

come la decomposizione delle carcasse di animali

but humans want to grow food

ma gli uomini vogliono far crescere il cibo

much faster than that.

molto più velocemente di così.

Now, here's the frustrating part:

Ora, ecco la parte frustrante:

78% of the air is composed of nitrogen,

il 78% dell'aria è composta da azoto

but crops can't just take nitrogen from the air

ma le coltivazioni non possono semplicemente trarre l'azoto dall'aria

because it contains very strong triple bonds,

perché contiene dei legami tripli molto forti,

which crops cannot break.

che le coltivazioni non riescono a rompere.

What Haber did basically

Praticamente, ciò che Haber ha fatto

was figure out a way

è stato quello di ideare un modo

to take this nitrogen in the air

per sottrarre l'azoto presente nell'aria

and put it into the ground.

per trasferirlo nel terreno.

In 1908, the German chemist Fritz Haber

Nel 1908, il chimico tedesco Fritz Haber

developed a chemical method

ha sviluppato un metodo chimico

for utilizing the vast supply of nitrogen in the air.

per utilizzare la vasta fornitura di azoto presente nell'aria.

Haber found a method

which took the nitrogen in the air

Haber scoprì un metodo

che sottraeva azoto dall'aria

and bonded it to hydrogen

per legarlo all'idrogeno

to form ammonia.

e formare ammoniaca.

Ammonia can then be injected into the soil,

L'ammoniaca può quindi essere iniettata nel suolo,

where it is quickly converted into nitrate.

dove si trasforma velocemente in nitrato.

But if Haber's process was going to be used

Ma se il processo Haber doveva essere utilizzato

to feed the world,

per sfamare il mondo,

he would need to find a way

lui doveva necessariamente trovare un modo

to create a lot of this ammonia quickly and easily.

per creare molta di questa ammoniaca in maniera facile e veloce.

In order to understand

Per capire

how Haber accomplished this feat,

come Haber abbia superato questa sfida,

we need to know something

abbiamo bisogno di sapere qualcosa

about chemical equilibrium.

riguardo all'equilibrio chimico.

Chemical equilibrium can be achieved

L'equilibrio chimico può essere raggiunto

when you have a reaction in a closed container.

quando si ha una reazione in un contenitore chiuso.

For example, let's say you put

Per esempio, mettiamo

hydrogen and nitrogen into a closed container

idrogeno e azoto in un contenitore chiuso

and allow them to react.

e diamo loro la possibilità di reagire.

In the beginning of the experiment,

All'inizio dell'esperimento,

we have a lot of nitrogen and hydrogen,

abbiamo molto azoto e idrogeno,

so the formation of ammonia

cosicché la formazione di ammoniaca

proceeds at a high speed.

procede ad alta velocità.

But as the hydrogen and nitrogen react

Ma non appena idrogeno e azoto reagiscono

and get used up,

e si esauriscono,

the reaction slows down

la reazione rallenta

because there is less nitrogen and hydrogen

perché ci sono meno azoto e idrogeno

in the container.

nel contenitore.

Eventually, the ammonia molecules reach a point

Alla fine, le molecole di ammoniaca raggiungono un punto

where they start to decompose

in cui cominciano a decomporsi

back into the nitrogen and hydrogen.

nuovamente in azoto e idrogeno.

After a while, the two reactions,

Dopo un po', le due reazioni,

creating and breaking down ammonia,

che creano e disfano l'ammoniaca,

will reach the same speed.

raggiungeranno la stessa velocità.

When these speeds are equal,

Quando questa velocità si equivale,

we say the reaction has reached equilibrium.

diciamo che la reazione ha raggiunto l'equilibrio.

This might sound good, but it's not

Questo potrebbe sembrare positivo, ma non lo è

when what you want

quando ciò che volete

is to just create a ton of ammonia.

è creare tonnellate di ammoniaca.

Haber doesn't want the ammonia

Haber non vuole affatto

to break down at all,

che l'ammoniaca si disfi,

but if you simply leave the reaction

ma se si lascia la reazione

in a closed container,

in un contenitore chiuso,

that's what will happen.

questo è ciò che accadrà.

Here's where Henry Le Chatelier,

Ecco dove Henry Le Chatelier,

a French chemist,

un chimico francese,

can help.

ha potuto dare il suo aiuto.

What he found was

Ciò che scoprì era

that if you take a system in equilibrium

che se prendiamo un sistema in equilibrio

and you add something to it,

e aggiungiamo qualcosa,

like, say, nitrogen,

come, ad esempio, ammoniaca,

the system will work

il sistema lavorerà

to get back to equilibrium again.

per ritornare di nuovo allo stato di equilibrio.

Le Chatelier also found

Le Chatelier scoprì inoltre

that if you increase

che se aumentiamo

the amount of pressure on a system,

la quantità di pressione in un sistema,

the system tries to work

il sistema cercherà di lavorare

to return to the pressure it had.

per ritornare alla pressione originaria.

It's like being in a crowded room.

È come essere in una stanza affollata.

The more molecules there are,

Più molecole ci sono,

the more pressure there is.

più è grande la pressione.

If we look back at our equation,

Se ritorniamo alla nostra equazione,

we see that on the left-hand side,

vediamo che a sinistra

there are four molecules on the left

ci sono quattro molecole

and just two on the right.

e solo due a destra.

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

Quindi, se vogliamo che la stanza sia meno affollata,

and therefore have less pressure,

e ci sia quindi meno pressione,

the system will start

il sistema comincerà

combining nitrogen and hydrogen

a combinare azoto e idrogeno

to make the more compact ammonia molecules.

per fare molecole più compatte di ammoniaca.

Haber realized that in order to make

Haber si accorse che per creare

large amounts of ammonia,

grosse quantità di ammoniaca,

he would have to create a machine

avrebbe dovuto creare una macchina

that would continually add nitrogen and hydrogen

che aggiungesse continuamente azoto e idrogeno

while also increasing the pressure

mentre aumentava anche la pressione

on the equilibrium system,

del sistema in equilibrio,

which is exactly what he did.

che è esattamente ciò che fece.

Today, ammonia is one of the most produced

Oggi, l'ammoniaca è uno dei composti

chemical compounds in the world.

chimici più prodotti al mondo.

Roughly 131 million metric tons are produced a year,

Ne sono prodotte circa 131 milioni di tonnellate all'anno,

which is about 290 billion pounds of ammonia.

il che vuol dire circa 131 miliardi di kg di ammoniaca.

That's about the mass

È più o meno la massa

of 30 million African elephants,

di 30 milioni di elefanti africani,

weighing roughly 10,000 pounds each.

che pesano circa 4500 kg ciascuno.

80% of this ammonia is used in fertilizer production,

L'80% dell'ammoniaca è usata nella produzione di fertilizzante,

while the rest is used

mentre il resto è utilizzato

in industrial and household cleaners

nelle lavanderie casalinghe e industriali

and to produce other nitrogen compounds,

e per produrre altri composti azotati,

such as nitric acid.

come l'acido nitrico.

Recent studies have found

Studi recenti hanno rilevato

that half of the nitrogen from these fertilizers

che la metà dell'azoto di questi fertilizzanti

is not assimilated by plants.

non è assimilata dalle piante.

Consequently, the nitrogen is found

Di conseguenza l'azoto è stato trovato

as a volatile chemical compound

come composto chimico volatile

in the Earth's water supplies and atmosphere,

nell'atmosfera e nelle riserve d'acqua della Terra,

severely damaging our environment.

danneggiando gravemente l'ambiente.

Of course, Haber did not foresee this problem

Certo, Haber non aveva previsto questo problema

when he introduced his invention.

quando introdusse la sua invenzione.

Following his pioneering vision,

Seguendo la sua visione pionieristica,

scientists today are looking

gli scienziati oggi stanno cercando

for a new Haber process of the 21st century,

un nuovo processo Haber del ventunesimo secolo,

which will reach the same level of aid

che raggiunga lo stesso livello di utilità

without the dangerous consequences.

senza le conseguenze dannose.