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

Çeviri: Eren Gokce Gözden geçirme: Gözde Alpçetin

What would you say

Son birkaç yüzyıl içinde yapılmış en önemli keşif sizce nedir?

is the most important discovery

made in the past few centuries?

Is it the computer?

Bilgisayar mı?

The car?

Araba mı?

Electricity?

Ya elektrik?

Or maybe the discovery of the atom?

Belki de atomun keşfi?

I would argue that it is this chemical reaction:

Bana göre ise bu kimyasal reaksiyon:

a nitrogen gas molecule

1 nitrojen gazı molekülü artı 3 hidrojen gazı molekülü

plus three hydrogen gas molecules

gets you two ammonia gas molecules.

2 amonyak gazı molekülü eder.

This is the Haber process

İşte Haber denklemi!

of binding nitrogen molecules in the air

Havadaki nitrojen moleküllerini hidrojen moleküllerine bağlayan

to hydrogen molecules,

or turning air into fertilizer.

ya da havayı gübreye çeviren bu denklemdir.

Without this reaction,

Bu kimyasal tepkime olmasaydı

farmers would be capable of producing enough food

çiftçiler sadece 4 milyar insana yetecek kadar yiyecek üretebilirlerdi

for only 4 billion people;

our current population is just over 7 billion people.

ki şimdiki popülasyonumuzun 7 milyarı aştığını biliyoruz.

So, without the Haber process,

Yani Haber tepkimesi olmasaydı 3 milyardan fazla insan aç kalabilirdi.

over 3 billion people would be without food.

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

Nitrat formundaki nitrojen, yani "NO3,"

is an essential nutrient for plants to survive.

bitkilerin yaşayabilmesi için mutlaka gerekli olan bir şeydir.

As crops grow, they consume the nitrogen,

Bitkiler büyüdükçe topraktan ayrıştırdıkları nitrojeni tüketirler.

removing it from the soil.

The nitrogen can be replenished

Nitrojen sürekli uzun ve doğal fertilizasyon süreçleriyle yenilenir.

through long, natural fertilization processes

like decaying animals,

Örneğin, çürüyen leşlerle.

but humans want to grow food

Ama insanlar çok daha kısa sürede yiyeceğe ulaşmak isterler.

much faster than that.

Now, here's the frustrating part:

Şimdi kafa karıştıran kısma geliyoruz.

78% of the air is composed of nitrogen,

Havanın %78'i nitrojenden oluşur.

but crops can't just take nitrogen from the air

Ama bitkiler havadaki nitrojeni olduğu gibi alamazlar.

because it contains very strong triple bonds,

Çünkü nitrojen bitkilerin kıramadığı güçlü üçlü bağlarla bağlıdır.

which crops cannot break.

What Haber did basically

Haber, aslında havadaki nitrojeni alıp

was figure out a way

to take this nitrogen in the air

toprağa karıştırmanın bir yolunu bulmuştur.

and put it into the ground.

In 1908, the German chemist Fritz Haber

Alman kimyager Fritz Haber, 1908 yılında

developed a chemical method

havadaki geniş nitrojen kaynağından yararlanmak için

for utilizing the vast supply of nitrogen in the air.

bir kimyasal metod geliştirmiştir.

Haber found a method

which took the nitrogen in the air

Bu metod, havadaki nitrojeni alıp

and bonded it to hydrogen

hidrojene bağlayıp amonyak oluşturuyordu.

to form ammonia.

Ammonia can then be injected into the soil,

Amonyak da sonradan hızlıca nitrata dönüşeceği toprağa geri veriliyordu.

where it is quickly converted into nitrate.

But if Haber's process was going to be used

Haber'in bu denkleminin dünyayı doyurabilmesi için

to feed the world,

he would need to find a way

hızlı bir şekilde çok sayıda amonyak üretilmesi lazımdı.

to create a lot of this ammonia quickly and easily.

In order to understand

Haber'in bunu nasıl başardığını anlayabilmemiz için

how Haber accomplished this feat,

we need to know something

öncelikle kimyasal denge kavramını bilmemiz gerekiyor.

about chemical equilibrium.

Chemical equilibrium can be achieved

Kimyasal dengeye ancak tepkime kapalı bir kaptaysa ulaşılabilir.

when you have a reaction in a closed container.

For example, let's say you put

Diyelim ki

hidrojen ve nitrojeni kapalı bir kaba koydunuz

hydrogen and nitrogen into a closed container

and allow them to react.

ve tepkimeye girmelerini beklediniz.

In the beginning of the experiment,

Deneyin ilk başında

we have a lot of nitrogen and hydrogen,

çokça nitrojen ve hidrojenimiz var

so the formation of ammonia

ve amonyak formuna dönüşmesi için hızlı bir sürece ihtiyacımız var.

proceeds at a high speed.

But as the hydrogen and nitrogen react

Ama hidrojen ve nitrojen tepkimeye girdikçe tepkime yavaşlıyor

and get used up,

the reaction slows down

because there is less nitrogen and hydrogen

çünkü artık kapta daha az hidrojen ve nitrojen var.

in the container.

Eventually, the ammonia molecules reach a point

Sonuç olarak, amonyak molekülleri

where they start to decompose

tekrardan hidrojen ve nitrojene dönüşecekleri bir noktaya ulaşıyorlar.

back into the nitrogen and hydrogen.

After a while, the two reactions,

Bir süre sonra, bu iki tepkime

creating and breaking down ammonia,

amonyağı hem üretip hem parçalayıp aynı hıza ulaşıyorlar.

will reach the same speed.

When these speeds are equal,

Bu iki tepkimenin hızları eşitlenince reaksiyon dengeye ulaştı diyebiliriz.

we say the reaction has reached equilibrium.

This might sound good, but it's not

Bu kulağa iyi gelebilir

ama tonlarca amonyak istiyorsanız aslında iyi değil.

when what you want

is to just create a ton of ammonia.

Haber doesn't want the ammonia

Haber, aslında amonyağın ayrışmasını istemiyordu.

to break down at all,

but if you simply leave the reaction

Ama siz tepkimeyi kapalı bir kapta akışına bırakırsanız olacağı budur.

in a closed container,

that's what will happen.

Here's where Henry Le Chatelier,

İşte burada bize yardımı dokunacak olan

a French chemist,

Fransız kimyacı Henry Le Chatelier devreye girecek.

can help.

What he found was

Bulduğu şey şu:

that if you take a system in equilibrium

Eğer sistemi dengeye getirirseniz

and you add something to it,

ve ona bir şey eklerseniz mesela nitrojen diyelim,

like, say, nitrogen,

the system will work

to get back to equilibrium again.

sistem tekrar dengeye dönebilmek için çalışacaktır.

Le Chatelier also found

Le Chatelier ayrıca şunu da bulmuştur:

that if you increase

the amount of pressure on a system,

Eğer siz sistemde basıncı artırırsanız

the system tries to work

sistem eski basıncına tekrardan ulaşmaya çalışacaktır.

to return to the pressure it had.

It's like being in a crowded room.

Aynı kalabalık bir odada olmak gibi.

The more molecules there are,

Daha fazla molekül giriş yaparsa daha fazla basınç olacaktır.

the more pressure there is.

If we look back at our equation,

Denklemimize geri dönersek

we see that on the left-hand side,

sol kısımda dört molekül olduğunu görürüz

there are four molecules on the left

and just two on the right.

ve sağda da iki.

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

Yani odanın daha az kalabalık olmasını ve daha az basınçlı sistem istiyorsak

and therefore have less pressure,

the system will start

combining nitrogen and hydrogen

hidrojen ve nitrojeni birleştirip

to make the more compact ammonia molecules.

daha fazla kompakt yapıda

amonyak molekülü oluşturmaya başlayacaktır.

Haber realized that in order to make

Haber daha çok sayıda amonyak elde edebilmek için

large amounts of ammonia,

he would have to create a machine

sürekli hidrojen ve nitrojen ekleyen aynı zamanda basıncı da artıran

that would continually add nitrogen and hydrogen

while also increasing the pressure

dengede olan bir makine üretmesi gerektiğini düşündü.

on the equilibrium system,

which is exactly what he did.

Bunu da yaptı.

Today, ammonia is one of the most produced

Bugün amonyak dünyada en çok üretilen kimyasal bileşiktir.

chemical compounds in the world.

Roughly 131 million metric tons are produced a year,

Neredeyse bir yılda 131 milyon metrik tonda üretiliyor.

which is about 290 billion pounds of ammonia.

Bu da 290 milyar amonyak bileşiği demek.

That's about the mass

Bu yani her biri 5000 kilo ağırlığında olan

of 30 million African elephants,

weighing roughly 10,000 pounds each.

30 milyon Afrika filinin kütlesine eşittir.

80% of this ammonia is used in fertilizer production,

Üretilen bu amonyağın %80'i gübre üretiminde,

while the rest is used

geri kalanı da endüstriyel ve ev temizleyicilerinde

in industrial and household cleaners

and to produce other nitrogen compounds,

ve nitrik asit gibi diğer nitrojen bileşiklerinin üretilmesinde kullanılıyor.

such as nitric acid.

Recent studies have found

Yapılan son araştırmalarla gübrelerdeki nitrojenin yarısının

that half of the nitrogen from these fertilizers

is not assimilated by plants.

bitkiler tarafından kullanılmadığı fark edildi.

Consequently, the nitrogen is found

Sonuç olarak nitrojen, uçucu bir kimyasal bileşik olarak

as a volatile chemical compound

in the Earth's water supplies and atmosphere,

çevremize ciddi şekilde zarar vererek

severely damaging our environment.

dünyanın su kaynakları ve atmosferinde bulunuyor.

Of course, Haber did not foresee this problem

Tabii Haber icatını yayarken bunu öngörememişti.

when he introduced his invention.

Following his pioneering vision,

Haber'in öncülüğünde bugünün bilim insanları

scientists today are looking

for a new Haber process of the 21st century,

aynı derecede yardımı olan, tehlikeli sonuçları olmayan

which will reach the same level of aid

21. yüzyılın yeni Haber denklemini bulmak için uğraşıyorlar.

without the dangerous consequences.