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

תרגום: Ido Dekkers עריכה: benyamin zinshtein

What would you say

מה הייתם אומרים

is the most important discovery

התגלית הכי חשובה

made in the past few centuries?

שנעשתה במאות האחרונות?

Is it the computer?

האם זה המחשב?

The car?

המכונית?

Electricity?

חשמל?

Or maybe the discovery of the atom?

או אולי גילוי האטום?

I would argue that it is this chemical reaction:

אני הייתי טוען שזו התגובה הכימית הזו:

a nitrogen gas molecule

מולקולת גז חנקן

plus three hydrogen gas molecules

ועוד שלוש מולקולות גז מימן

gets you two ammonia gas molecules.

יוצרות שתי מולקולות גז אמוניה.

This is the Haber process

זה תהליך הבר

of binding nitrogen molecules in the air

של קשירת מולקולות חנקן באוויר

to hydrogen molecules,

למולקולות מימן,

or turning air into fertilizer.

או הפיכת האוויר לדשן.

Without this reaction,

בלי התגובה הזו,

farmers would be capable of producing enough food

חוואים יהיו מסוגלים ליצר מספיק אוכל

for only 4 billion people;

עבור רק 4 מיליארד אנשים;

our current population is just over 7 billion people.

האוכלוסייה הנוכחית שלנו היא קצת מעל 7 מיליארד אנשים.

So, without the Haber process,

אז, בלי תהליך הבר,

over 3 billion people would be without food.

יותר מ 3 מיליארד אנשים היו ללא אוכל.

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

אתם מבינים, חנקן בצורה של ניטרט, NO3,

is an essential nutrient for plants to survive.

הוא מזין חיוני לצמחים כדי לשרוד.

As crops grow, they consume the nitrogen,

כשגידולים גדלים, הם צורכים את החנקן,

removing it from the soil.

מוציאים אותו מהקרקע.

The nitrogen can be replenished

אפשר לחדש את החנקן

through long, natural fertilization processes

דרך תהליכי דישון טבעיים ארוכים

like decaying animals,

כמו חיות נרקבות,

but humans want to grow food

אבל אנשים רוצים לגדל אוכל

much faster than that.

הרבה יותר מהר מזה.

Now, here's the frustrating part:

עכשיו, הנה החלק המתסכל:

78% of the air is composed of nitrogen,

78% מהאויר מורכב מחנקן,

but crops can't just take nitrogen from the air

אבל הגידולים לא יכולים פשוט לקחת את החנקן מהאוויר

because it contains very strong triple bonds,

מפני שהוא מכיל קשרים משולשים מאוד חזקים,

which crops cannot break.

שגידולים לא יכולים לשבור.

What Haber did basically

מה שהבר עשה בעיקרון

was figure out a way

היה למצוא דרך

to take this nitrogen in the air

כדי לקחת את החנקן הזה מהאויר

and put it into the ground.

ולהכניס אותו לתוך האדמה.

In 1908, the German chemist Fritz Haber

ב 1908, הכימאי הגרמני פריץ הבר

developed a chemical method

פיתח שיטה כימית

for utilizing the vast supply of nitrogen in the air.

לשימוש במאגר העצום של חנקן באוויר.

Haber found a method

which took the nitrogen in the air

הבר מצא שיטה

שלוקחת את החנקן מהאוויר

and bonded it to hydrogen

וקושרת אותו למימן

to form ammonia.

כדי ליצור אמוניה.

Ammonia can then be injected into the soil,

אמוניה יכולה אז להיות מוזרקת לקרקע,

where it is quickly converted into nitrate.

שם היא מומרת במהירות לניטרטים.

But if Haber's process was going to be used

אבל אם התהליך של הבר היה עומד להיות בשימוש

to feed the world,

כדי להאכיל את העולם,

he would need to find a way

הוא היה צריך למצוא דרך

to create a lot of this ammonia quickly and easily.

כדי ליצור את האמוניה הזו במהירות ובקלות.

In order to understand

על מנת להבין

how Haber accomplished this feat,

איך הבר הצליח בזאת,

we need to know something

אנחנו צריכים לדעת משהו

about chemical equilibrium.

על שיווי משקל כימי.

Chemical equilibrium can be achieved

שיווי משקל כימי יכול להיות מושג

when you have a reaction in a closed container.

כשיש לכם תגובה במיכל סגור.

For example, let's say you put

לדוגמה, בואו נגיד שאתם שמים

hydrogen and nitrogen into a closed container

מימן וחנקן בתוך מיכל סגור

and allow them to react.

ומאפשרים להם להגיב.

In the beginning of the experiment,

בתחילת התגובה,

we have a lot of nitrogen and hydrogen,

יש לנו הרבה חנקן ומימן,

so the formation of ammonia

אז ההווצרות של אמוניה

proceeds at a high speed.

מתקדמם בקצב גבוה.

But as the hydrogen and nitrogen react

אבל כשהמימן והחנקן מגיבים

and get used up,

ונגמרים,

the reaction slows down

התגובה מאיטה

because there is less nitrogen and hydrogen

מפני שיש פחות חנקן ומימן

in the container.

במיכל.

Eventually, the ammonia molecules reach a point

בסופו של דבר, מולקולות האמוניה מגיעות לנקודה

where they start to decompose

בה הן מתחילות להתפרק

back into the nitrogen and hydrogen.

חזרה לחנקן ומימן.

After a while, the two reactions,

אחרי זמן מה, שתי התגובות,

creating and breaking down ammonia,

יצירת ופירוק אמוניה,

will reach the same speed.

יגיעו לאותה מהירות.

When these speeds are equal,

כשהמהירויות האלה שוות,

we say the reaction has reached equilibrium.

אנחנו אומרים שהתגובה הגיעה לשיווי משקל.

This might sound good, but it's not

זה אולי נשמע טוב, אבל זה לא

when what you want

כשמה שאתם רוצים

is to just create a ton of ammonia.

זה ליצור הרבה אמוניה.

Haber doesn't want the ammonia

הבר לא רוצה שהאמוניה

to break down at all,

תתפרק בכלל,

but if you simply leave the reaction

אבל אם אתם פשוט משאירים את התגובה

in a closed container,

במיכל סגור,

that's what will happen.

זה מה שיקרה.

Here's where Henry Le Chatelier,

פה הנרי לה שטלייר,

a French chemist,

כימאי צרפתי,

can help.

יכול לעזור.

What he found was

מה שהוא מצא היה

that if you take a system in equilibrium

שאם אתם לוקחים מערכת בשיווי משקל

and you add something to it,

ואתם מוסיפים משהו לזה,

like, say, nitrogen,

כמו נגיד חנקן,

the system will work

המערכת תעבוד

to get back to equilibrium again.

כדי לחזור לשיווי משקל שוב.

Le Chatelier also found

לה שטלייר גם מצא

that if you increase

שאם מגבירים

the amount of pressure on a system,

את הלחץ במערכת,

the system tries to work

המערכת מנסה לעבוד

to return to the pressure it had.

כדי להחזיר את הלחץ שהיה לה.

It's like being in a crowded room.

זה כמו להיות בחדר צפוף.

The more molecules there are,

ככל שיש שם יותר מולקולות,

the more pressure there is.

יהיה שם יותר לחץ.

If we look back at our equation,

אם אנחנו מביטים חזרה במשוואה,

we see that on the left-hand side,

אנחנו רואים שמשמאל,

there are four molecules on the left

יש ארבע מולקולות משמאל

and just two on the right.

ורק שתיים מימין.

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

אז, אם אתם רוצים שהחדר יהיה פחות צפוף,

and therefore have less pressure,

ולכן עם פחות לחץ,

the system will start

המערכת צריכה להתחיל

combining nitrogen and hydrogen

לחבר חנקן ומימן

to make the more compact ammonia molecules.

כדי ליצור את מולקולות האמוניה הקומפקטיות יותר.

Haber realized that in order to make

הבר הבין שכדי ליצור

large amounts of ammonia,

כמויות גדולות של אמוניה,

he would have to create a machine

אתם צריכים ליצור מכונה

that would continually add nitrogen and hydrogen

שתוסיף חנקן ומימן באופן רציף

while also increasing the pressure

בעוד היא מגבירה את הלחץ

on the equilibrium system,

על השיווי משקל במערכת,

which is exactly what he did.

וזה בדיוק מה שהוא עשה.

Today, ammonia is one of the most produced

היום, אמוניה היא אחת מהתרכובות

chemical compounds in the world.

הכימיות הכי מיוצרות בעולם.

Roughly 131 million metric tons are produced a year,

בערך 131 מיליון מטרים מעוקבים מיוצרים בשנה,

which is about 290 billion pounds of ammonia.

שזה בערך 131 מיליארד קילו של אמוניה.

That's about the mass

זו בערך המסה

of 30 million African elephants,

של 30 מיליון פילים אפריקאים,

weighing roughly 10,000 pounds each.

ששוקלים בערך 4500 קילו כל אחד.

80% of this ammonia is used in fertilizer production,

80% מהאמוניה משמשת ליצור דשנים,

while the rest is used

בעוד השאר משמש

in industrial and household cleaners

לניקוי ביתי ותעשייתי

and to produce other nitrogen compounds,

וליצור תרכובות חנקן אחרות,

such as nitric acid.

כמו חומצה חנקתית.

Recent studies have found

מחקרים אחרונים מצאו

that half of the nitrogen from these fertilizers

שחצי מהחנקן בדשנים האלה

is not assimilated by plants.

לא מוטמע בצמחים.

Consequently, the nitrogen is found

ובשל כך, החנקן נמצא

as a volatile chemical compound

ככימיקל פעיל

in the Earth's water supplies and atmosphere,

במקורות המים ובאטמוספירה,

severely damaging our environment.

וממש מזיק לסביבה.

Of course, Haber did not foresee this problem

כמובן, הבר לא צפה את הבעיה הזו

when he introduced his invention.

כשהוא הציג את ההמצאה שלו.

Following his pioneering vision,

בהמשך לחזון החלוצי שלו,

scientists today are looking

מדענים היום מחפשים

for a new Haber process of the 21st century,

תהליך הבר חדש למאה ה 21,

which will reach the same level of aid

שיגיע לאותה רמת עזרה

without the dangerous consequences.

בלי ההשלכות המסוכנות.