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

Translator: siriporn chatratana

What would you say

คุณว่าอะไร

is the most important discovery

เป็นการค้นพบที่ยิ่งใหญ่ที่สุด

made in the past few centuries?

ในไม่กี่ร้อยปีที่ผ่านมา

Is it the computer?

ใช่คอมพิวเตอร์หรือเปล่า

The car?

รถยนต์

Electricity?

ไฟฟ้า

Or maybe the discovery of the atom?

หรือมันอาจจะเป็นเรื่องการค้นพบอะตอม

I would argue that it is this chemical reaction:

ฉันอยากจะเถียงว่า มันเป็นการค้นพบปฏิกิริยาเคมี:

a nitrogen gas molecule

ก๊าซไนโตรเจนหนึ่งโมเลกุล

plus three hydrogen gas molecules

บวกกับก๊าซไฮโดรเจนสามโมเลกุล

gets you two ammonia gas molecules.

คุณจะได้ก๊าซแอมโมเนียสองโมเลกุล

This is the Haber process

นี่คือกระบวนการฮาเบอร์

of binding nitrogen molecules in the air

ของการเชื่อมโมเลกุลของก๊าซไนโตรเจนในอากาศ

to hydrogen molecules,

เข้ากับโมเลกุลของก๊าซไฮโดรเจน

or turning air into fertilizer.

หรือการเปลี่ยนอากาศให้เป็นปุ๋ย

Without this reaction,

หากขาดปฏิกิริยานี้ไป

farmers would be capable of producing enough food

เกษตรกรจะสามารถผลิตอาหารพอเลี้ยง

for only 4 billion people;

ประชากรได้เพียง 4 พันล้านคนเท่านั้น;

our current population is just over 7 billion people.

ประชากรในปัจจุบันมีจำนวน 7 พันกว่าล้านคน

So, without the Haber process,

ดังนั้น หากขาดกระบวนการฮาเบอร์นี้แล้ว

over 3 billion people would be without food.

คนกว่า 3 พันล้านคนจะอดอยาก

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

เห็นไหมว่า ไนโตรเจนที่อยู่ในรูปของ ไนเตรต NO3

is an essential nutrient for plants to survive.

นั้นเป็นสารอาหารที่จำเป็นสำหรับ การดำรงชีวิตของพืช

As crops grow, they consume the nitrogen,

ในขณะที่พืชกำลังเติบโต มันดึงไนโตรเจน

removing it from the soil.

จากดินมาใช้

The nitrogen can be replenished

การเติมไนโตรเจนเกิดขึ้นได้ด้วย

through long, natural fertilization processes

กระบวนการเกิดปุ๋ยตามธรรมชาติ ที่ต้องใช้เวลานาน

like decaying animals,

อย่างการย่อยสลายซากสัตว์

but humans want to grow food

แต่มนุษย์ต้องการปลูกพืชอาหาร

much faster than that.

ให้ได้เร็วกว่านั้นมาก

Now, here's the frustrating part:

ตอนนี้ก็ถึงช่วงที่น่าหงุดหงิด:

78% of the air is composed of nitrogen,

องค์ประกอบของอากาศ 78% คือไนโตรเจน

but crops can't just take nitrogen from the air

แต่พืชไม่สามารถดึงเอา ไนโตรเจนจากอากาศมาใช้ได้

because it contains very strong triple bonds,

เพราะมันมีพันธะที่แข็งแรงมากถึงสามพันธะ

which crops cannot break.

ซึ่งพืชไม่สามารถแตกมันออกมาใช้ได้

What Haber did basically

สิ่งที่ฮาเบอร์ทำก็คือ

was figure out a way

การคิดวิธี

to take this nitrogen in the air

ที่เอาไนโตรเจนในอากาศนี้

and put it into the ground.

มาใส่ลงในดิน

In 1908, the German chemist Fritz Haber

ในปีคศ.1908 นักเคมีชาวเยอรมัน นาม ฟริทซ์ ฮาเบอร์

developed a chemical method

ได้พัฒนาวิธีทางเคมี

for utilizing the vast supply of nitrogen in the air.

ในการนำเอาไนโตรเจนในอากาศ ที่มีมากมายมาใช้ให้เป็นประโยชน์

Haber found a method

which took the nitrogen in the air

ฮาเบอร์ค้นพบวิธี

ที่นำเอาไนโตรเจนในอากาศ

and bonded it to hydrogen

มาสร้างพันธะกับไฮโดรเจน

to form ammonia.

เพื่อสร้างให้เป็นแอมโมเนีย

Ammonia can then be injected into the soil,

แล้วจึงเติมแอมโมเนียลงไปในดิน

where it is quickly converted into nitrate.

ซึ่งมันจะถูกเปลี่ยนเป็นไนเตรตอย่างรวดเร็ว

But if Haber's process was going to be used

แต่ว่า หากจะนำกระบวนการฮาเบอร์มาใช้

to feed the world,

เลี้ยงชาวโลกแล้ว

he would need to find a way

เขาต้องหาทาง

to create a lot of this ammonia quickly and easily.

ผลิตแอมโมเนียนี้ให้ได้ง่ายและรวดเร็ว

In order to understand

เพื่อให้ได้เข้าใจว่า

how Haber accomplished this feat,

ฮาเบอร์ทำสำเร็จได้อย่างไรนั้น

we need to know something

เราต้องมาทำความรู้จัก

about chemical equilibrium.

กับสมดุลเคมี

Chemical equilibrium can be achieved

เพื่อให้สารเคมีอยู่ในภาวะสมดุล

when you have a reaction in a closed container.

เมื่อคุณสร้างปฏิกิริยาเคมีในภาชนะปิด

For example, let's say you put

อย่างเช่น เอาเป็นว่าคุณใส่

hydrogen and nitrogen into a closed container

ไฮโดรเจนและไนโตรเจนลงในภาชนะปิด

and allow them to react.

และรอให้มันทำปฏิกิริยากัน

In the beginning of the experiment,

ในตอนต้นของการทดลอง

we have a lot of nitrogen and hydrogen,

เรามีไนโตรเจนและไฮโดรเจนปริมาณมาก

so the formation of ammonia

ดังนั้นแอมโมเนียจึงเกิดขึ้น

proceeds at a high speed.

อย่างรวดเร็ว

But as the hydrogen and nitrogen react

แต่เมื่อไฮโดรเจนและไนโตรเจนทำปฏิกิริยา

and get used up,

และถูกใช้หมดไป

the reaction slows down

ปฏิกิริยาจะช้าลง

because there is less nitrogen and hydrogen

เพราะไฮโดรเจนและไนโตรเจนมีเหลือน้อยลง

in the container.

ในภาชนะนั้น

Eventually, the ammonia molecules reach a point

และในที่สุด เมื่อโมเลกุลของแอมโมเนียถึงจุด

where they start to decompose

ที่มันจะเริ่มสลายตัว

back into the nitrogen and hydrogen.

กลับไปเป็นไนโตรเจนและไฮโดรเจน

After a while, the two reactions,

หลังจากนั้นสักพัก ปฏิกิริยาทั้งสอง

creating and breaking down ammonia,

ทั้งการสร้างและการแตกตัวของแอมโมเนีย

will reach the same speed.

จะถึงจุดที่เกิดขึ้นเร็วเท่ากัน

When these speeds are equal,

เมื่อความเร็วเท่ากัน

we say the reaction has reached equilibrium.

เราเรียกปฏิกิริยานั้นว่าภาวะสมดุล

This might sound good, but it's not

มันอาจจะฟังดูดี แต่มันไม่ดี

when what you want

เมื่อคุณต้องการ

is to just create a ton of ammonia.

ที่จะแค่ผลิตแอมโมเนียเยอะ ๆ

Haber doesn't want the ammonia

ฮาเบอร์ไม่ต้องการให้แอมโมเนีย

to break down at all,

แตกตัวเลย

but if you simply leave the reaction

แต่คุณก็ปล่อยให้ปฏิกิริยาเกิด

in a closed container,

เองเฉย ๆ ในภาชนะปิดไม่ได้

that's what will happen.

และนั่นเป็นสิ่งมันจะเกิดขึ้น

Here's where Henry Le Chatelier,

ตอนนี้เองที่ เฮนรี่ เลอ ชาเทเลียร์

a French chemist,

นักเคมีชาวฝรั่งเศส

can help.

เข้ามาช่วยได้

What he found was

สิ่งที่เขาค้นพบคือ

that if you take a system in equilibrium

หากคุณเอาระบบหนึ่งในภาวะสมดุลมา

and you add something to it,

และคุณใส่บางสิ่งบางอย่างลงไป

like, say, nitrogen,

อย่างเช่น ไนโตรเจน

the system will work

ระบบนั้นจะทำงาน

to get back to equilibrium again.

เพื่อให้กลับเข้าสู่ภาวะสมดุลอีกครั้ง

Le Chatelier also found

เลอ ชาเทเลียร์ยังค้นพบอีกว่า

that if you increase

หากคุณเพิ่ม

the amount of pressure on a system,

ปริมาณความดันในระบบแล้ว

the system tries to work

ระบบนั้นจะพยายามทำงาน

to return to the pressure it had.

เพื่อให้ความดันกลับสู่ระดับเดิม

It's like being in a crowded room.

มันเหมือนอยู่ในห้องที่คนแน่นไปหมด

The more molecules there are,

ยิ่งมีจำนวนโมเลกุลมาก

the more pressure there is.

ความดันก็ยิ่งมาก

If we look back at our equation,

หากเราย้อนกลับไปดูที่สมการของเรา

we see that on the left-hand side,

เราเห็นว่าด้านซ้ายมือ

there are four molecules on the left

มีสี่โมเลกุลอยู่ทางซ้าย

and just two on the right.

และมีแค่สองทางขวา

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

ดังนั้น หากเราอยากให้ห้องอึดอัดน้อยลง

and therefore have less pressure,

และนั่นคือความดันน้อยลง

the system will start

ระบบก็จะเริ่ม

combining nitrogen and hydrogen

เชื่อมไนโตรเจนและไฮโดรเจนเข้าด้วยกัน

to make the more compact ammonia molecules.

เพื่อสร้างโมเลกุลแอมโมเนีย ที่มีขนาดกะทัดรัดกว่า

Haber realized that in order to make

ฮาเบอร์คิดได้ว่าในการผลิต

large amounts of ammonia,

แอมโมเนียเป็นจำนวนมาก

he would have to create a machine

เขาจะต้องสร้างเครื่องจักร

that would continually add nitrogen and hydrogen

ที่จะเติมไนโตรเจนและไฮโดรเจน ได้อย่างต่อเนื่อง

while also increasing the pressure

และเพิ่มความดัน

on the equilibrium system,

ลงไปในระบบภาวะสมดุลได้ในเวลาเดียวกัน

which is exactly what he did.

และนั่นก็เป็นสิ่งที่เขาได้ทำ

Today, ammonia is one of the most produced

ทุกวันนี้แอมโมเนียเป็นหนึ่งในสารประกอบเคมี

chemical compounds in the world.

ที่ถูกผลิตขึ้นมากที่สุดในโลก

Roughly 131 million metric tons are produced a year,

ประมาณ 131 ล้านเมตริกตันต่อปีโดยคร่าว ๆ

which is about 290 billion pounds of ammonia.

ซึ่งเป็นแอมโมเนียประมาณ 290 พันล้านปอนด์

That's about the mass

นั่นประมาณได้กับมวลของ

of 30 million African elephants,

ช้างแอฟริกัน 30 ล้านเชือก

weighing roughly 10,000 pounds each.

หนักเชือกละประมาณ 10,000 ปอนด์

80% of this ammonia is used in fertilizer production,

80% ของแอมโมเนียนี้ถูกนำมาใช้ผลิตปุ๋ย

while the rest is used

ส่วนที่เหลือถูกนำมาใช้

in industrial and household cleaners

ในอุตสาหกรรมและผลิตภัณฑ์ทำความสะอาดบ้าน

and to produce other nitrogen compounds,

และในการผลิตสารประกอบไนโตรเจนอื่น ๆ

such as nitric acid.

เช่น กรดไนตริก

Recent studies have found

ในการศึกษาที่ผ่านมา

that half of the nitrogen from these fertilizers

พบว่าครึ่งหนึ่งของไนโตรเจนจากปุ๋ยเหล่านี้

is not assimilated by plants.

เหลือตกค้างจากการดูดซึมของพืช

Consequently, the nitrogen is found

ทำให้ไนโตรเจนเหลือตกค้างกลายเป็น

as a volatile chemical compound

สารประกอบอินทรีย์ระเหยง่าย

in the Earth's water supplies and atmosphere,

ในแหล่งน้ำและบรรยากาศโลก

severely damaging our environment.

ทำลายสิ่งแวดล้อมของเราอย่างรุนแรง

Of course, Haber did not foresee this problem

ฮาเบอร์ไม่ได้คิดว่าจะเกิดปัญหานี้แน่

when he introduced his invention.

ตอนที่เขานำเสนอสิ่งประดิษฐ์นี้

Following his pioneering vision,

เพื่อสานต่อวิสัยทัศน์ของเขา

scientists today are looking

นักวิทยาศาสตร์ปัจจุบันกำลังค้นหา

for a new Haber process of the 21st century,

กระบวนการฮาเบอร์แบบใหม่แห่งศตวรรษที่ 21

which will reach the same level of aid

ที่จะไปถึงระดับการยังประโยชน์เดียวกันนั้น

without the dangerous consequences.

โดยปราศจากผลร้ายตามมา