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

Reakcja chemiczna karmiąca świat - Daniel D. Dulek

Tłumaczenie: Mateusz Radziwonowicz Korekta: Krystyna Wasilewska

What would you say

Jakie odkrycie uważacie za najważniejsze

is the most important discovery

made in the past few centuries?

w ciągu ostatnich kilku wieków?

Is it the computer?

Czy to komputer?

The car?

Samochód? Elektryczność?

Electricity?

Or maybe the discovery of the atom?

Czy może odkrycie atomu?

I would argue that it is this chemical reaction:

Ja stawiam na tę reakcję chemiczną:

a nitrogen gas molecule

cząsteczka gazowego azotu plus trzy cząsteczki gazowego wodoru

plus three hydrogen gas molecules

gets you two ammonia gas molecules.

dają razem dwie cząsteczki gazowego amoniaku.

This is the Haber process

To proces Habera,

of binding nitrogen molecules in the air

w którym cząsteczki azotu z powietrza wiążą się z cząsteczkami wodoru,

to hydrogen molecules,

or turning air into fertilizer.

czyli jest to zamiana powietrza w nawóz.

Without this reaction,

Bez tej reakcji

farmers would be capable of producing enough food

rolnicy mogliby wyprodukować jedzenie tylko dla 4 miliardów ludzi.

for only 4 billion people;

our current population is just over 7 billion people.

Obecnie nasza populacja liczy trochę ponad 7 miliardów ludzi.

So, without the Haber process,

Bez procesu Habera ponad 3 miliardy nie miałyby co jeść.

over 3 billion people would be without food.

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

Azot w formie azotanu, NO3,

is an essential nutrient for plants to survive.

to podstawowy składnik odżywczy pozwalający roślinom żyć.

As crops grow, they consume the nitrogen,

Gdy rośliny rosną, zużywają azotany, pobierając je z gleby.

removing it from the soil.

The nitrogen can be replenished

Azot może być uzupełniony w długich, naturalnych procesach rozkładu,

through long, natural fertilization processes

like decaying animals,

na przykład rozkładu zwierząt.

but humans want to grow food

Jednak ludzie chcą uprawiać rośliny znacznie szybciej.

much faster than that.

Now, here's the frustrating part:

Najbardziej frustrujące jest to,

78% of the air is composed of nitrogen,

że 78% powietrza stanowi azot,

but crops can't just take nitrogen from the air

jednak rośliny nie mogą pobrać azotu z powietrza,

because it contains very strong triple bonds,

bo zawiera bardzo silne wiązania potrójne,

which crops cannot break.

których roślina nie umie zerwać.

What Haber did basically

Haber wynalazł sposób na pobieranie azotu z powietrza

was figure out a way

to take this nitrogen in the air

and put it into the ground.

i umieszczanie go w glebie.

In 1908, the German chemist Fritz Haber

W 1908 roku niemiecki chemik Fritz Haber opracował chemiczną metodę

developed a chemical method

for utilizing the vast supply of nitrogen in the air.

wykorzystywania ogromnych zapasów azotu z powietrza.

Haber found a method

which took the nitrogen in the air

Haber odkrył metodę, w której azot z powietrza

and bonded it to hydrogen

łączy się z wodorem i tworzy amoniak.

to form ammonia.

Ammonia can then be injected into the soil,

Amoniak może być wstrzyknięty do gleby,

where it is quickly converted into nitrate.

gdzie szybko przemienia się w azotany.

But if Haber's process was going to be used

Jednak żeby proces Habera służył do wykarmienia świata,

to feed the world,

he would need to find a way

musiał dawać dużą ilość amoniaku w szybki i łatwy sposób.

to create a lot of this ammonia quickly and easily.

In order to understand

Żeby zrozumieć, jak Haber tego dokonał,

how Haber accomplished this feat,

we need to know something

musimy wiedzieć, czym jest równowaga chemiczna.

about chemical equilibrium.

Chemical equilibrium can be achieved

Uzyskuje się ją wtedy, gdy reakcja zachodzi w zamkniętym pojemniku.

when you have a reaction in a closed container.

For example, let's say you put

Na przykład w zamkniętym pojemniku umieszczasz wodór i azot

hydrogen and nitrogen into a closed container

and allow them to react.

i pozwalasz im reagować ze sobą.

In the beginning of the experiment,

Na początku eksperymentu mamy duże ilości azotu i wodoru,

we have a lot of nitrogen and hydrogen,

so the formation of ammonia

więc tworzenie się amoniaku przebiega bardzo szybko.

proceeds at a high speed.

But as the hydrogen and nitrogen react

Jednak reagując ze sobą, wodór i azot ulegają zużyciu.

and get used up,

the reaction slows down

Powoduje to spowolnienie reakcji,

because there is less nitrogen and hydrogen

ponieważ w pojemniku jest coraz mniej azotu i wodoru.

in the container.

Eventually, the ammonia molecules reach a point

Ostatecznie cząsteczki amoniaku osiągną stan,

where they start to decompose

w którym zaczną się rozkładać z powrotem do azotu i wodoru.

back into the nitrogen and hydrogen.

After a while, the two reactions,

Po pewnej chwili obie reakcje,

creating and breaking down ammonia,

tworzenia i rozkładania amoniaku,

will reach the same speed.

osiągną taką samą prędkość.

When these speeds are equal,

Gdy prędkości są równe mówimy, że reakcja osiągnęła stan równowagi.

we say the reaction has reached equilibrium.

This might sound good, but it's not

Może i brzmi to dobrze, ale to zła wiadomość,

when what you want

jeśli chce się uzyskać tony amoniaku.

is to just create a ton of ammonia.

Haber doesn't want the ammonia

Haber wcale nie chciał, by amoniak ulegał rozkładowi.

to break down at all,

but if you simply leave the reaction

Jednak gdy pozostawi się reakcję w zamkniętym pojemniku,

in a closed container,

that's what will happen.

właśnie to się dzieje.

Here's where Henry Le Chatelier,

Wtedy Henry Le Chatelier, francuski chemik, przyszedł z pomocą.

a French chemist,

can help.

What he found was

Odkrył, że jeśli doda się czegoś do układu w stanie równowagi,

that if you take a system in equilibrium

and you add something to it,

like, say, nitrogen,

na przykład azotu, układ będzie się starał przywrócić stan równowagi.

the system will work

to get back to equilibrium again.

Le Chatelier also found

Le Chatelier odkrył również,

that if you increase

że jeśli zwiększy się ciśnienie działające na układ,

the amount of pressure on a system,

the system tries to work

układ będzie dążył do przywrócenia wcześniejszego ciśnienia.

to return to the pressure it had.

It's like being in a crowded room.

Jak w zatłoczonym pomieszczeniu.

The more molecules there are,

Im więcej cząsteczek, tym większe ciśnienie.

the more pressure there is.

If we look back at our equation,

Patrząc na równanie widać,

we see that on the left-hand side,

że po lewej stronie są cztery cząsteczki, a po prawej tylko dwie.

there are four molecules on the left

and just two on the right.

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

Jeśli chcemy mieć mniej zatłoczony pokój,

and therefore have less pressure,

czyli mniejsze ciśnienie,

the system will start

układ zacznie łączyć azot i wodór,

combining nitrogen and hydrogen

to make the more compact ammonia molecules.

by utworzyć bardziej kompaktowe cząsteczki amoniaku.

Haber realized that in order to make

Haber zrozumiał, że do uzyskania dużych ilości amoniaku

large amounts of ammonia,

he would have to create a machine

potrzebne mu urządzenie,

that would continually add nitrogen and hydrogen

które będzie w sposób ciągły dodawać azot i wodór,

while also increasing the pressure

zwiększając jednocześnie ciśnienie w stanie równowagi.

on the equilibrium system,

which is exactly what he did.

Właśnie takie urządzenie zbudował.

Today, ammonia is one of the most produced

Obecnie amoniak jest najczęściej produkowanym

chemical compounds in the world.

związkiem chemicznym na świecie.

Roughly 131 million metric tons are produced a year,

Każdego roku powstaje około 131 milionów ton,

which is about 290 billion pounds of ammonia.

czyli około 290 miliardów funtów amoniaku.

That's about the mass

W przybliżeniu to masa 30 milionów słoni afrykańskich,

of 30 million African elephants,

weighing roughly 10,000 pounds each.

z których każdy waży średnio 4,5 tony.

80% of this ammonia is used in fertilizer production,

80% tego amoniaku stosuje się do produkcji nawozów,

while the rest is used

resztę w przemysłowych i domowych środkach czystości

in industrial and household cleaners

and to produce other nitrogen compounds,

oraz innych związkach azotu, takich jak kwas azotowy.

such as nitric acid.

Recent studies have found

Ostatnie badania wykazały, że połowa azotu z takich nawozów

that half of the nitrogen from these fertilizers

is not assimilated by plants.

nie jest asymilowana przez rośliny.

Consequently, the nitrogen is found

W konsekwencji zaczęto znajdować azot

as a volatile chemical compound

w postaci niestabilnych związków chemicznych

in the Earth's water supplies and atmosphere,

w wodnych zasobach Ziemi i atmosferze,

severely damaging our environment.

co poważnie szkodzi naszemu środowisku.

Of course, Haber did not foresee this problem

Haber nie przewidział tego problemu, gdy przedstawiał swoje odkrycie.

when he introduced his invention.

Following his pioneering vision,

Kontynuując jego pionierską wizję,

scientists today are looking

naukowcy poszukują obecnie nowej odmiany procesu Habera na miarę XXI wieku,

for a new Haber process of the 21st century,

which will reach the same level of aid

która da taki sam poziom pomocy bez niebezpiecznych konsekwencji.

without the dangerous consequences.