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

Translator: Tun Lin Aung + 1 Reviewer: sann tint

What would you say

ခင်ဗျားအနေနဲ့

is the most important discovery

လွန်ခဲ့တဲ့ ရာစုနှစ် အနည်းငယ်က

made in the past few centuries?

အရေးအပါဆုံး တွေ့ရှိမှုက ဘာလို့ ပြောမလဲ..

Is it the computer?

ကွန်ပြူတာလား..

The car?

ကား လား..

Electricity?

လျှပ်စစ်ဓာတ်လား..

Or maybe the discovery of the atom?

ဒါမဟုတ် အက်တမ်ကို တွေ့ရှိမှုဖြစ်မလား..

I would argue that it is this chemical reaction:

ကျုပ် ဖော်ပြလိုတာက ဒီ ဓာတု ဓာတ်ပြုခြင်းပါ

a nitrogen gas molecule

နိုက်ထရိုဂျင် မော်လီကျူးတစ်လုံး

plus three hydrogen gas molecules

ဟိုက်ဒရိုဂျင် မော်လီကျူး သုံးလုံးပေါင်းရင်

gets you two ammonia gas molecules.

အမိုးနီးယား ဓာတ်ငွေ့ မော်လီကျူး နှစ်လုံးရမှာပါ။

This is the Haber process

ဒါက Haber process ပါ

of binding nitrogen molecules in the air

လေထဲက နိုက်ထရိုဂျင် မော်လီကျူးတွေဟာ

to hydrogen molecules,

ဟိုက်ဒရိုဂျင် မော်လီကျူးတွေနဲ့ ပေါင်းတာ

or turning air into fertilizer.

(သို့) လေကို ဓာတ်မြေဩဇာအဖြစ် ပြောင်းပစ်တာပါ။

Without this reaction,

ဒီ ဓာတ်ပြုခြင်း မရှိဘဲ

farmers would be capable of producing enough food

တောင်သူလယ်သမားတွေအနေနဲ့ ထုတ်လုပ်နိုင်မယ့် စားနပ်ရိက္ခာက

for only 4 billion people;

လူ သန်း ၄ ထောင် လုံလောက်ရုံပါပဲ။

our current population is just over 7 billion people.

ကျုပ်တို့ရဲ့ လက်ရှိ လူဦးရေက သန်းပေါင်း ၇ ထောင် ကျော်ပါပြီ။

So, without the Haber process,

ဒီတော့ Haber process မရှိဘဲ

over 3 billion people would be without food.

လူပေါင်း သန်း ၃ ထောင် အတွက် အစားအစာ ရရှိမည်မဟုတ်ပါ။

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

NO3 ဆိုတဲ့ နိုက်ထရိတ် ပုံစံနဲ့ နိုက်ထရိုဂျင်ဟာ အပင်တွေရှင်သန့်ဖို့

is an essential nutrient for plants to survive.

မရှိမဖြစ် အဟာရဓာတ်ဆိုတာ ခင်ဗျာ သိမှာပါ။

As crops grow, they consume the nitrogen,

ကောက်ပဲသီးနှံတွေ ကြီးထွားစဉ်မှာ မြေဆီလွှာမှ

removing it from the soil.

နိုက်ထရိုဂျင်ကို ဖယ်ရှားကာ မှီဝဲတယ်

The nitrogen can be replenished

သက်ရှိတွေ ဆွေးမြေ့ခြင်းလို

through long, natural fertilization processes

သဘာ၀အတိုင်း အချိန်ကြာမှ ဖြစ်ထွန်းတဲ့ မြေဩဇာနဲ့

like decaying animals,

နိုက်ထရိုဂျင် ဖြည့်တင်းနိုင်ပေမဲ့

but humans want to grow food

လူတွေက ရိက္ခာဖြစ်ထွန်းမှုကို

much faster than that.

ဒီထက် မြန်မြန် လိုချင်ပါတယ်။

Now, here's the frustrating part:

အခု.. ဒါက စိတ်ရှုပ်စရာ အပိုင်းပါ

78% of the air is composed of nitrogen,

လေထု ၇၈% က နိုက်ထရိုဂျင် ပါဝင်ပေမဲ့

but crops can't just take nitrogen from the air

ကောက်ပဲသီးနှံတွေဟာ လေထဲက နိုက်ထရိုဂျင်ကို မယူနိုင်ပါဘူး၊

because it contains very strong triple bonds,

အကြောင်းက.. ဒါက သီးနှံတွေ မချိုးဖျက်နိုင်အောင် အလွန်ခိုင်မြဲတဲ့

which crops cannot break.

သုံးထပ် ဓာတုဓာတ်စည်း ဖြစ်လို့ပါ။

What Haber did basically

Haber အခြေခံကျကျလုပ်ခဲ့တာက

was figure out a way

လေထဲက ဒီနိုက်ထရိုဂျင်

to take this nitrogen in the air

ယူပြီး မြေကြီးထဲ ထည့်ဖို့

and put it into the ground.

နည်းလမ်းရှာခဲ့တာပါ။

In 1908, the German chemist Fritz Haber

၁၉၀၈ မှာ ဂျာမန် ဓာတုဗေဒ ပညာရှင် Fritz Haber က လေထဲက နိုက်ထရိုဂျင်

developed a chemical method

များစွာကို အသုံးချဖို့အတွက်

for utilizing the vast supply of nitrogen in the air.

ဓာတုဗေဒ နည်းတရပ်ကို အကောင်အထည်ဖော် ဆောင်ရွက်ခဲ့ပါတယ်။

Haber found a method

which took the nitrogen in the air

Haber တွေ့တဲ့နည်းက

လေထဲက နိုက်ထရိုဂျင်ကို ယူပြီး

and bonded it to hydrogen

ဟိုက်ဒရိုဂျင်နဲ့ ပေါင်းကာ

to form ammonia.

အမိုးနီးယား ဖွဲ့စည်းဖို့ နည်းပါ။

Ammonia can then be injected into the soil,

အဲ့ဒီ့ အမိုးနီးယားကို မြေဆီလွှာထဲ ထိုးသွင်းကာ

where it is quickly converted into nitrate.

တစ်ထိုင်တည်း နိုက်ထရိတ်အဖြစ် လျင်မြန်စွာ ပြောင်းလဲစေပါတယ်။

But if Haber's process was going to be used

ဒါပေမဲ့ Haber ရဲ့ နည်းစဉ်က ကမ္ဘာကြီးကို

to feed the world,

ကျွေးမွေးဖို့ထိ ဆိုရင်

he would need to find a way

အမိုးနီးယား များစွာကို

to create a lot of this ammonia quickly and easily.

လျင်မြန် လွယ်ကူစွာ ဖန်တီးဖို့ နည်းလမ်းရှာဖို့ လိုပါလိမ့်မယ်။

In order to understand

ဒီ အခက်အခဲကို Haber

how Haber accomplished this feat,

ကျော်လွှားခဲ့ပုံကို နားလည်ဖို့ဆို

we need to know something

ကျုပ်တို့ သိစရာက

about chemical equilibrium.

ဓာတုဗေဒဆိုင်ရာ မျှခြေနဲ့ ဆိုင်ပါတယ်။

Chemical equilibrium can be achieved

အလုံပိတ်ဘူးထဲ ဓာတ်ပြုတဲ့အခါ

when you have a reaction in a closed container.

ဓာတု​မျှခြေကို ရယူနိုင်ပါတယ်။

For example, let's say you put

ဥပမာ- ခင်ဗျားအနေနဲ့

hydrogen and nitrogen into a closed container

ဟိုက်ဒရိုဂျင်နဲ့ နိုက်ထရိုဂျင်ကို အလုံပိတ်ဘူးထဲထားပြီး

and allow them to react.

၎င်းတို့ ဓာတ်ပြုကြပါစေ။

In the beginning of the experiment,

စမ်းသပ်ချက် စတင်စဉ်မှာ

we have a lot of nitrogen and hydrogen,

နိုက်ထရိုဂျင်နဲ့ ဟိုက်ဒရိုဂျင် များစွာရှိပါတယ်၊

so the formation of ammonia

ဒီတော့ အမိုးနီးယား ဖွဲ့စည်းမှုကို

proceeds at a high speed.

မြန်နှုန်းမြင့် ဆောင်ရွက်ချက်ပါတယ်။

But as the hydrogen and nitrogen react

ဒါပေမဲ့ ဟိုက်ဒရိုဂျင်နဲ့ နိုက်ထရိုဂျင်က ဓာတ်ပြုလို့

and get used up,

သုံးစွဲလိုက်ရာက

the reaction slows down

ဓာတ်ပြုမှု နှေးသွားပါတယ်

because there is less nitrogen and hydrogen

အကြောင်းက နိုက်ထရိုဂျင်နဲ့ ဟိုက်ဒရိုဂျင်တွေ

in the container.

ဘူးထဲမှာ ပိုနည်းသွားလို့ပါ။

Eventually, the ammonia molecules reach a point

အမိုးနီးယား မော်လီကျူးတွေ တဖြည်းဖြည်း အမှတ်တစ်ခုကို

where they start to decompose

ရောက်တဲ့အခါ နိုက်ထရိုဂျင်နဲ့

back into the nitrogen and hydrogen.

ဟိုက်ဒရိုဂျင်အဖြစ် ပြန်လည်ပြိုကွဲဖို့ စတင်ပါတယ်။

After a while, the two reactions,

ခဏအကြာမှာ အမိုးနီးယား ပြိုကွဲခြင်းနဲ့

creating and breaking down ammonia,

ဖြစ်ပေါ်ခြင်း ဓာတ်ပြုမှု နှစ်ရပ်ဟာ

will reach the same speed.

တူညီသော နှုန်းထားကို ရောက်ရှိပါလိမ့်မယ်။

When these speeds are equal,

ဒီ နှုန်းထားတွေ တူတဲ့အခါ

we say the reaction has reached equilibrium.

ဒီ ဓာတ်ပြုမှုက မျှခြေကို ရောက်ကြောင်း ကျုပ်တို့ ဖော်ပြပါတယ်။

This might sound good, but it's not

ဒါက ကောင်းသလိုလိုပေမဲ့ မကောင်းပါဘူး။

when what you want

အမိုးနီးယား တစ်တန်လောက်

is to just create a ton of ammonia.

ခင်ဗျား ဖန်တီးလိုတဲ့ အချိန်မှာပါ။

Haber doesn't want the ammonia

Haber က အမိုးနီးယား အကုန်လုံးကို

to break down at all,

ဖြိုခွဲပစ်ချင်တာ မဟုတ်ပေမဲ့

but if you simply leave the reaction

အလုံပိတ် ဘူးထဲမှာ ဓာတ်ပြုမှုကို

in a closed container,

ဒီအတိုင်း ထားလိုက်ရင်

that's what will happen.

ဒါက ဖြစ်လာမှာပါ။

Here's where Henry Le Chatelier,

ဒီနေရာမှာ Henry Le Chatelier,

a French chemist,

ပြင်သစ်ဓာတုဗေဒ ပညာရှင်က

can help.

ကူညီနိုင်ပါတယ်။

What he found was

သူတွေ့ခဲ့တဲ့ အရာက

that if you take a system in equilibrium

System တစ်ခုကို မျှခြေထားပြီး

and you add something to it,

၎င်းထဲ တခုခုထည့်ပါက..

like, say, nitrogen,

နိုက်ထရိုဂျင် ဆိုပါစို့ဗျာ၊

the system will work

System က မျှခြေ

to get back to equilibrium again.

ပြန်ရဖို့ လုပ်ဆောင်ပါလိမ့်မယ်

Le Chatelier also found

ခင်ဗျားအနေနဲ့ System အပေါ်

that if you increase

ဖိအား ပမာဏ တိုးရင်၊

the amount of pressure on a system,

၎င်းမှာရှိခဲ့တဲ့ ဖိအားကို ပြန်ရောက်ဖို့

the system tries to work

System က လုပ်ဆောင်ရန်

to return to the pressure it had.

ကြိုးပမ်းတာကိုလည်း Le Chatelier တွေ့ ခဲ့ပါတယ်။

It's like being in a crowded room.

ဒါက လူပြည့်နေတဲ့ အခန်းမှာလိုပါပဲ

The more molecules there are,

နောက် မော်လီကျူးတွေ ရှိပါတယ်၊

the more pressure there is.

ပိုများတဲ့ ဖိအား ဖြစ်ပါတယ်။

If we look back at our equation,

ကျုပ်တို့ ညီမျှခြင်းကို ပြန်ကြည့်ရင်

we see that on the left-hand side,

ဘယ်ဘက်ခြမ်းမှာ တွေ့မှာက..

there are four molecules on the left

ဘယ်ဘက်မှာ မော်လီကျူး လေးလုံးနဲ့

and just two on the right.

ညာဘက်မှာ နှစ်လုံးရှိပါတယ်။

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

ဒီတော့.. အခန်းထဲမှာ ချောင်ချင်တယ်ဆိုရင်တော့

and therefore have less pressure,

ဖိအား လျော့ပါမယ်၊

the system will start

System က ပိုမို ကျစ်လစ်တဲ့

combining nitrogen and hydrogen

အမိုးနီးယား မော်လီကျူးလုပ်ဖို့

to make the more compact ammonia molecules.

နိုက်ထရိုဂျင်နဲ့ ဟိုက်ဒရိုဂျင် ပေါင်းစည်းမှုကို စတင်ပါလိမ့်မယ်။

Haber realized that in order to make

Haberက အမိုးနီးယား ပမာဏများစွာ လုပ်ဖို့

large amounts of ammonia,

မျှခြေပေါ်မှာ

he would have to create a machine

နိုက်ထရိုဂျင်နဲ့ ဟိုက်ဒရိုဂျင်ကို

that would continually add nitrogen and hydrogen

မပြတ် ပေါင်းစည်းနေစဉ် ဖိအားကိုလည်း တိုးစေလိမ့်မည် စက်တစ်လုံးကို

while also increasing the pressure

ဖန်တီးရမယ်လို့

on the equilibrium system,

သူနားလည်သွားလို့

which is exactly what he did.

သူ အတိအကျ လုပ်ခဲ့ပါတယ်

Today, ammonia is one of the most produced

ယနေ့ အမိုးနီးယားဟာ ကမ္ဘာပေါ်မှာ ထုတ်လုပ်မှုအများဆုံး

chemical compounds in the world.

ဓာတုဓာတ်ပေါင်းတွေအနက် တစ်ခုဖြစ်ပါတယ်။

Roughly 131 million metric tons are produced a year,

ခန့်မှန်းအားဖြင့် တစ်နှစ်ကို မထရစ်တန် ၁၃၁ မီလျံ ဖြစ်ပါတယ်။

which is about 290 billion pounds of ammonia.

ဒါက အမိုးနီးယား ပေါင်ချိန် ၂၉၀ ဘီလျံပါ။

That's about the mass

ဒါက အာဖရိကဆင် အကောင်

of 30 million African elephants,

သန်း ၃၀ ရဲ့ ဒြပ်ထုလောက်ဖြစ်ပါတယ်

weighing roughly 10,000 pounds each.

တစ်ကောင်စီက ပေါင်ချိန် ၁၀ ၀၀၀ ပါ။

80% of this ammonia is used in fertilizer production,

ဒီ အမိုးနီးယားရဲ့ ၈၀% ကို ဓာတ်မြေဩဇာ ထုတ်လုပ်ရေးမှာ အသုံးပြုပြီး

while the rest is used

ကျန်တာတွေကို

in industrial and household cleaners

စက်မှုနဲ့ အိမ်သုံး သန့်စင်ပစ္စည်းတွေ

and to produce other nitrogen compounds,

ပြီးတော့ နိုက်ထရစ် အက်စစ်လို တခြား နိုက်ထရိုဂျင်

such as nitric acid.

ဓာတ်ပေါင်းတွေထုတ်ဖို့ သုံးပါတယ်။

Recent studies have found

မကြာမီက လေ့လာမှုအရ

that half of the nitrogen from these fertilizers

ဒီ ဓာတ်မြေဩဇာတွေထဲက နိုက်ထရိုဂျင် ထက်ဝက်ကို

is not assimilated by plants.

အပင်တွေ မရကြပါဘူး ဆိုတာပါ။

Consequently, the nitrogen is found

အကျိုးဆက်က နိုက်ထရိုဂျင်ကို ပျက်လွယ်တဲ့

as a volatile chemical compound

ဓာတုဒြပ်ပေါင်းအဖြစ် ကမ္ဘာ့ရဲ့ ရေ ထောက်ပံ့မှုတွေနဲ့

in the Earth's water supplies and atmosphere,

လေထုထဲမှာ တွေ့ရလို့ ကျုပ်တို့ရဲ့ ပတ်ဝန်းကျင်ကို

severely damaging our environment.

ဆိုးရွားစွာ ထိခိုက်ပျက်စီးစေပါတယ်။

Of course, Haber did not foresee this problem

တကယ်တော့ တီထွင်မှုကို စတင်ချိန်မှာ

when he introduced his invention.

Haber က ဒီပြဿနာကို ကြိုမမြင်ပါဘူး။

Following his pioneering vision,

သူ့ရဲ့ လမ်းပြမှု နောက်လိုက်ရင်း

scientists today are looking

ဒီနေ့သိပ္ပံပညာရှင်တွေက ၂၁ ရာစုရဲ့

for a new Haber process of the 21st century,

Haber နည်းစဉ် အသစ်ကို ရှာဖွေနေကြပါတယ်။

which will reach the same level of aid

ဒီးနည်းက အန္တရာယ်ရှိတဲ့ အကျိုးဆက်တွေမရှိစေဘဲ

without the dangerous consequences.

အဆင့်တူတဲ့ ရည်မှန်းချက်ထံ ရောက်သွားပါလိမ့်မည်။