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

Tradutor: Edgar Fernandes Revisora: Margarida Ferreira

What would you say

Qual diriam que é

is the most important discovery

a mais importante descoberta

made in the past few centuries?

feita nos 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:

Argumentaria que é esta reação química:

a nitrogen gas molecule

uma molécula de azoto gasoso

plus three hydrogen gas molecules

mais três moléculas de hidrogénio gasoso

gets you two ammonia gas molecules.

produzem duas moléculas de amónia gasosa.

This is the Haber process

Este é a Síntese de Haber

of binding nitrogen molecules in the air

de ligação de moléculas de azoto do ar

to hydrogen molecules,

a moléculas de hidrogénio,

or turning air into fertilizer.

ou transformar o ar em fertilizante.

Without this reaction,

Sem esta reação,

farmers would be capable of producing enough food

os agricultores não seriam capazes de produzir alimentos suficientes

for only 4 billion people;

senão para apenas 4 mil milhões de pessoas;

our current population is just over 7 billion people.

a nossa atual população é de 7 mil milhões de pessoas.

So, without the Haber process,

Sem a Síntese de Haber,

over 3 billion people would be without food.

mais de 3 mil milhões de pessoas estariam sem alimentos.

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

O azoto na forma de nitrato, NO3,

is an essential nutrient for plants to survive.

é um nutriente essencial à sobrevivência das plantas.

As crops grow, they consume the nitrogen,

Quando as culturas crescem, consomem o azoto,

removing it from the soil.

removendo-o do solo.

The nitrogen can be replenished

O azoto pode ser reposto

through long, natural fertilization processes

através de longos processos de fertilização natural

like decaying animals,

como animais em decomposição.

but humans want to grow food

Mas os humanos querem cultivar alimentos

much faster than that.

muito mais rápido do que isso.

Now, here's the frustrating part:

Aqui está a parte frustrante:

78% of the air is composed of nitrogen,

78% do ar é composto de azoto,

but crops can't just take nitrogen from the air

mas as culturas não conseguem simplesmente tirar azoto do ar

because it contains very strong triple bonds,

porque ele contém ligações triplas muito fortes

which crops cannot break.

que as culturas não conseguem quebrar.

What Haber did basically

O que Haber basicamente fez

was figure out a way

foi criar uma maneira

to take this nitrogen in the air

de tirar este azoto do ar

and put it into the ground.

e colocá-lo no 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 a vasta reserva de azoto do ar.

Haber found a method

which took the nitrogen in the air

Haber descobriu um método

que tirava o azoto do ar

and bonded it to hydrogen

e o ligava ao hidrogénio

to form ammonia.

para formar amónia.

Ammonia can then be injected into the soil,

A amónia pode depois 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 a Síntese de Haber ía ser usada

to feed the world,

para alimentar o mundo,

he would need to find a way

ele teria de arranjar uma forma

to create a lot of this ammonia quickly and easily.

de criar muita desta amónia fácil e rapidamente.

In order to understand

Para compreender

how Haber accomplished this feat,

como Haber atingiu este feito,

we need to know something

precisamos de saber algo

about chemical equilibrium.

sobre o equilíbrio químico.

Chemical equilibrium can be achieved

O equilíbrio químico pode ser atingido

when you have a reaction in a closed container.

quando se obtém uma reação num recipiente fechado.

For example, let's say you put

Por exemplo, digamos que pomos

hydrogen and nitrogen into a closed container

hidrogénio e azoto num recipiente isolado

and allow them to react.

e deixamos que reajam.

In the beginning of the experiment,

No princípio da experiência,

we have a lot of nitrogen and hydrogen,

temos muito azoto e hidrogénio,

so the formation of ammonia

pelo que a formação de amónia

proceeds at a high speed.

se realiza a grande velocidade.

But as the hydrogen and nitrogen react

Mas enquanto o hidrogénio e o azoto reagem

and get used up,

e vão sendo gastos,

the reaction slows down

a reação abranda

because there is less nitrogen and hydrogen

porque existe menos azoto e hidrogénio

in the container.

no recipiente.

Eventually, the ammonia molecules reach a point

Eventualmente, as moléculas de amónia atingem um ponto

where they start to decompose

em que começam a decompor-se

back into the nitrogen and hydrogen.

de novo em azoto e hidrogénio.

After a while, the two reactions,

Passado um bocado, as duas reações,

creating and breaking down ammonia,

criando e quebrando a amónia,

will reach the same speed.

atingem a mesma velocidade.

When these speeds are equal,

Quando estas velocidades são iguais,

we say the reaction has reached equilibrium.

dizemos que a reação atingiu o equilíbrio.

This might sound good, but it's not

Isto pode soar bom, mas não o é

when what you want

quando o que se quer

is to just create a ton of ammonia.

é apenas criar uma tonelada de amónia.

Haber doesn't want the ammonia

Haber não quer que a amónia

to break down at all,

se quebre de todo,

but if you simply leave the reaction

mas se simplesmente deixarmos a reação

in a closed container,

num recipiente isolado,

that's what will happen.

é o que vai acontecer.

Here's where Henry Le Chatelier,

É aqui que Henry Le Chatelier,

a French chemist,

um químico francês,

can help.

pode ajudar.

What he found was

O que ele descobriu foi que,

that if you take a system in equilibrium

se pegarmos num sistema em equilíbrio

and you add something to it,

e lhe adicionarmos algo,

like, say, nitrogen,

tipo, digamos, azoto,

the system will work

o sistema funcionará

to get back to equilibrium again.

para atingir novamente o equilíbrio.

Le Chatelier also found

Le Chatelier também descobriu que,

that if you increase

se aumentarmos

the amount of pressure on a system,

a quantidade de pressão sobre um sistema,

the system tries to work

o sistema tenta trabalhar

to return to the pressure it had.

para regressar à pressão que tinha antes.

It's like being in a crowded room.

É como estar numa sala cheia de gente.

The more molecules there are,

Quanto mais moléculas lá existem,

the more pressure there is.

mais pressão existe.

If we look back at our equation,

Se olharmos para a nossa equação,

we see that on the left-hand side,

vemos que, do lado esquerdo,

there are four molecules on the left

existem quatro moléculas à esquerda

and just two on the right.

e apenas duas à direita.

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

Se queremos que a sala esteja menos cheia de gente,

and therefore have less pressure,

e, portanto, tenha menos pressão,

the system will start

o sistema começará

combining nitrogen and hydrogen

a combinar azoto e hidrogénio

to make the more compact ammonia molecules.

para fazer as moléculas de amónia mais compactas.

Haber realized that in order to make

Haber percebeu que, para conseguir fazer

large amounts of ammonia,

grandes quantidades de amónia,

he would have to create a machine

tinha de criar uma máquina

that would continually add nitrogen and hydrogen

que adicionaria continuamente azoto e hidrogénio

while also increasing the pressure

enquanto também aumentasse a pressão

on the equilibrium system,

sobre o equilíbrio do sistema.

which is exactly what he did.

Foi exatamente o que ele fez.

Today, ammonia is one of the most produced

Hoje, a amónia é um dos compostos químicos

chemical compounds in the world.

mais produzidos no mundo.

Roughly 131 million metric tons are produced a year,

São produzidas por ano cerca de 131 milhões de toneladas,

which is about 290 billion pounds of ammonia.

o que é cerca de 290 mil milhões de libras de peso.

That's about the mass

Isso é quase o peso

of 30 million African elephants,

de 30 milhões de elefantes africanos,

weighing roughly 10,000 pounds each.

pesando aproximadamente 4,5 toneladas cada um.

80% of this ammonia is used in fertilizer production,

80% desta amónia é usada na produção de fertilizantes,

while the rest is used

enquanto o resto é usado

in industrial and household cleaners

em produtos de limpeza industriais e domésticos

and to produce other nitrogen compounds,

e para produzir outros compostos azotados,

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 azoto destes fertilizantes

is not assimilated by plants.

não é assimilado pelas plantas.

Consequently, the nitrogen is found

Consequentemente, o azoto é considerado

as a volatile chemical compound

um composto químico volátil

in the Earth's water supplies and atmosphere,

nas reservas de água terrestres e na atmosfera,

severely damaging our environment.

danificando gravemente o nosso ambiente.

Of course, Haber did not foresee this problem

Claro que Haber não previu este problema

when he introduced his invention.

quando apresentou esta invenção.

Following his pioneering vision,

Seguindo a sua visão pioneira,

scientists today are looking

os cientistas de hoje estão em busca

for a new Haber process of the 21st century,

de uma Síntese de Haber do século XXI,

which will reach the same level of aid

que atinja o mesmo nível de auxílio

without the dangerous consequences.

sem as consequências perigosas.