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

A reação química que alimenta o mundo - Daniel D. Dulek

Tradutor: Leonardo Silva Revisor: Nadja Nathan

What would you say

Qual você diria

is the most important discovery

ser a mais importante descoberta

made in the past few centuries?

dos últimos séculos?

Is it the computer?

É o computador?

The car?

O carro?

Electricity?

A eletricidade?

Or maybe the discovery of the atom?

Ou, talvez, a descoberta do átomo?

I would argue that it is this chemical reaction:

Eu diria que é essa reação química:

a nitrogen gas molecule

uma molécula de nitrogênio

plus three hydrogen gas molecules

mais três moléculas de hidrogênio

gets you two ammonia gas molecules.

resulta em duas moléculas de amônia.

This is the Haber process

Esse é o processo Haber,

of binding nitrogen molecules in the air

que une moléculas de nitrogênio do ar

to hydrogen molecules,

a moléculas de hidrogênio,

or turning air into fertilizer.

ou que torna ar em fertilizante.

Without this reaction,

Sem essa reação,

farmers would be capable of producing enough food

fazendeiros seriam capazes de produzir alimento suficiente

for only 4 billion people;

para apenas 4 bilhões de pessoas.

our current population is just over 7 billion people.

Nossa população atual ultrapassa os 7 bilhões de pessoas.

So, without the Haber process,

Então, sem o processo Haber,

over 3 billion people would be without food.

mais de 3 bilhões de pessoas ficariam sem alimento.

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

Veja, o nitrogênio em forma de nitrato, NO3,

is an essential nutrient for plants to survive.

é um nutriente essencial para a sobrevivência dos vegetais.

As crops grow, they consume the nitrogen,

Conforme as plantações crescem, elas consomem nitrogênio,

removing it from the soil.

extraindo-o do solo.

The nitrogen can be replenished

O nitrogênio pode ser restabelecido

through long, natural fertilization processes

por meio de processos de fertilização longos e naturais,

like decaying animals,

como animais em decomposição,

but humans want to grow food

mas os humanos querem cultivar alimento

much faster than that.

muito mais rápido que isso.

Now, here's the frustrating part:

Bom, eis a parte frustrante:

78% of the air is composed of nitrogen,

78% do ar é composto de nitrogênio,

but crops can't just take nitrogen from the air

mas as plantações não podem extrair nitrogênio apenas do ar,

because it contains very strong triple bonds,

porque ele possui ligações triplas muito fortes,

which crops cannot break.

que as plantações não podem quebrar.

What Haber did basically

O que Haber fez, basicamente,

was figure out a way

foi descobrir uma forma

to take this nitrogen in the air

de extrair esse nitrogênio do ar

and put it into the ground.

e levá-lo para o solo.

In 1908, the German chemist Fritz Haber

Em 1908, o químico alemão Fritz Haber

developed a chemical method

desenvolveu um método químico

for utilizing the vast supply of nitrogen in the air.

para utilizar o vasto suprimento de nitrogênio do ar.

Haber found a method

which took the nitrogen in the air

Haber descobriu um método

que extraía o nitrogênio do ar

and bonded it to hydrogen

e o ligava ao hidrogênio

to form ammonia.

para formar amônia.

Ammonia can then be injected into the soil,

A amônia pode, então, ser injetada no solo,

where it is quickly converted into nitrate.

onde é rapidamente convertida em nitrato.

But if Haber's process was going to be used

Mas se o processo de Haber fosse utilizado

to feed the world,

para alimentar o mundo,

he would need to find a way

ele teria de descobrir um modo

to create a lot of this ammonia quickly and easily.

de criar um monte dessa amônia de forma rápida e fácil.

In order to understand

Para entender

how Haber accomplished this feat,

como Haber conseguiu esse feito,

we need to know something

precisamos saber um pouco

about chemical equilibrium.

sobre equilíbrio químico.

Chemical equilibrium can be achieved

O equilíbrio químico pode ser alcançado

when you have a reaction in a closed container.

quando se tem uma reação em um recipiente fechado.

For example, let's say you put

Por exemplo, digamos que você coloque

hydrogen and nitrogen into a closed container

hidrogênio e nitrogênio em um recipiente fechado

and allow them to react.

e os deixe reagir.

In the beginning of the experiment,

No início da experiência,

we have a lot of nitrogen and hydrogen,

temos um monte de nitrogênio e hidrogênio,

so the formation of ammonia

então, a formação da amônia

proceeds at a high speed.

ocorre em alta velocidade.

But as the hydrogen and nitrogen react

Mas, conforme o hidrogênio e o nitrogênio reagem

and get used up,

e se desgastam,

the reaction slows down

a reação desacelera,

because there is less nitrogen and hydrogen

porque há menos nitrogênio e hidrogênio

in the container.

no recipiente.

Eventually, the ammonia molecules reach a point

No fim, as moléculas de amônia chegam a um ponto

where they start to decompose

em que começam a se desintegrar

back into the nitrogen and hydrogen.

novamente em nitrogênio e hidrogênio.

After a while, the two reactions,

Algum tempo depois, as duas reações,

creating and breaking down ammonia,

a que cria e a que desintegra a amônia,

will reach the same speed.

alcançarão a mesma velocidade.

When these speeds are equal,

Quando as velocidades são iguais,

we say the reaction has reached equilibrium.

dizemos que a reação alcançou equilíbrio.

This might sound good, but it's not

Talvez isso pareça bom, mas não é,

when what you want

quando o que se quer

is to just create a ton of ammonia.

é simplesmente criar uma tonelada de amônia.

Haber doesn't want the ammonia

Haber não quer que a amônia,

to break down at all,

de forma alguma, se desintegre,

but if you simply leave the reaction

mas se simplesmente deixarmos a reação

in a closed container,

em um recipiente fechado,

that's what will happen.

é isso que vai acontecer.

Here's where Henry Le Chatelier,

E aí que Henry Le Chatelier,

a French chemist,

um químico francês,

can help.

pode ajudar.

What he found was

Ele descobriu

that if you take a system in equilibrium

que se pegarmos um sistema em equilíbrio

and you add something to it,

e adicionarmos algo a ele,

like, say, nitrogen,

por exemplo, o nitrogênio,

the system will work

o sistema vai funcionar

to get back to equilibrium again.

em prol de restabelecer o equilíbrio.

Le Chatelier also found

Le Chatelier também descobriu

that if you increase

que se aumentarmos

the amount of pressure on a system,

a pressão sobre o sistema,

the system tries to work

ele tenta restabelecer

to return to the pressure it had.

a pressão que tinha antes.

It's like being in a crowded room.

É como estar em uma sala lotada.

The more molecules there are,

Quanto mais moléculas existirem,

the more pressure there is.

mais pressão haverá.

If we look back at our equation,

Se recapitularmos nossa equação,

we see that on the left-hand side,

vemos que, do lado esquerdo,

there are four molecules on the left

existem 4 moléculas à esquerda

and just two on the right.

e apenas duas à direita.

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

Então, se quisermos que a sala fique menos cheia,

and therefore have less pressure,

e, portanto, tenha menos pressão,

the system will start

o sistema começará

combining nitrogen and hydrogen

a combinar nitrogênio e hidrogênio

to make the more compact ammonia molecules.

para tornar as moléculas de amônia mais compactas.

Haber realized that in order to make

Haber percebeu que, para criar

large amounts of ammonia,

grandes quantidades de amônia,

he would have to create a machine

teria de criar uma máquina

that would continually add nitrogen and hydrogen

que continuamente adicionasse nitrogênio e hidrogênio,

while also increasing the pressure

enquanto também aumentasse a pressão

on the equilibrium system,

no sistema de equilíbrio.

which is exactly what he did.

E foi exatamente o que ele fez.

Today, ammonia is one of the most produced

Hoje, a amônia é um dos compostos químicos

chemical compounds in the world.

mais produzidos no mundo.

Roughly 131 million metric tons are produced a year,

Cerca de 290 bilhões de libras são produzidas por ano,

which is about 290 billion pounds of ammonia.

o que equivale a 131 milhões de toneladas de amônia.

That's about the mass

É mais ou menos a massa

of 30 million African elephants,

de 30 milhões de elefantes africanos,

weighing roughly 10,000 pounds each.

com aproximadamente 4,5 toneladas cada.

80% of this ammonia is used in fertilizer production,

80% dessa amônia são utilizados na produção de fertilizante,

while the rest is used

enquanto o restante é utilizado

in industrial and household cleaners

em limpadores industriais e domésticos

and to produce other nitrogen compounds,

e para produzir outros compostos de nitrogênio,

such as nitric acid.

como o ácido nítrico.

Recent studies have found

Estudos recentes descobriram

that half of the nitrogen from these fertilizers

que metade do nitrogênio desses fertilizantes

is not assimilated by plants.

não é absorvido pelos vegetais.

Consequently, the nitrogen is found

Consequentemente, o nitrogênio é encontrado,

as a volatile chemical compound

como composto químico volátil,

in the Earth's water supplies and atmosphere,

nas fontes de água e na atmosfera da Terra,

severely damaging our environment.

danificando seriamente nosso ambiente.

Of course, Haber did not foresee this problem

É claro, Haber não previu esse problema,

when he introduced his invention.

quando nos apresentou sua invenção.

Following his pioneering vision,

Seguindo sua visão pioneira,

scientists today are looking

os cientistas de hoje estão buscando

for a new Haber process of the 21st century,

um novo processo de Haber do século XXI,

which will reach the same level of aid

que alcançará o mesmo nível de utilidade

without the dangerous consequences.

sem as consequências perigosas.