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

Translator: Nghia Dang Reviewer: Lê Anh

What would you say

Bạn cho rằng điều gì

is the most important discovery

là phát minh quan trọng nhất

made in the past few centuries?

trong vài thế kỷ qua

Is it the computer?

Là máy vi tính?

The car?

Hay xe hơi?

Electricity?

Hay điện năng?

Or maybe the discovery of the atom?

Hoặc sự phát hiện ra nguyên tử

I would argue that it is this chemical reaction:

Tôi có thể cho rằng đó là phản ứng hoá học này

a nitrogen gas molecule

một phân tử nito

plus three hydrogen gas molecules

phản ứng với ba phân tử hidro

gets you two ammonia gas molecules.

tạo thành hai phân tử amoniac

This is the Haber process

Đây gọi là quá trình Haber

of binding nitrogen molecules in the air

về sự liên kết của Nitơ trong không khí

to hydrogen molecules,

với khí hidro

or turning air into fertilizer.

hoặc biền đổi không khí thành phân hoá học.

Without this reaction,

Không có phản ứng này,

farmers would be capable of producing enough food

Nông dân không thể sản xuất đủ nông sản

for only 4 billion people;

cho 4 tỉ người

our current population is just over 7 billion people.

trong khi dân số thế giới đến 7 tỉ người

So, without the Haber process,

Nếu không có quá trình Haber

over 3 billion people would be without food.

hơn 3 tỉ người sẽ thiếu ăn

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

Nitơ là thành phần của nitrat -NO3

is an essential nutrient for plants to survive.

là chất dinh dưỡng thiết yếu cho thực vật

As crops grow, they consume the nitrogen,

Khi cây cối phát triển, chúng hấp thụ nitơ

removing it from the soil.

có từ đất

The nitrogen can be replenished

nitơ sẽ được bổ sung thêm

through long, natural fertilization processes

qua quá trình bón phân lâu dài trong tự nhiên

like decaying animals,

như xác động vật phân rã

but humans want to grow food

nhưng con người muốn sản xuất

much faster than that.

nhanh hơn nhiều

Now, here's the frustrating part:

Có một trở ngại

78% of the air is composed of nitrogen,

có đến 78% không khí chứa nguyên tố nitơ

but crops can't just take nitrogen from the air

nhưng cây cối không thể chỉ hấp thụ từ đó

because it contains very strong triple bonds,

vì khí nitơ có liên kết rất bền

which crops cannot break.

mà thực vật không thể phá vỡ

What Haber did basically

Quá trình Haber cơ bản là

was figure out a way

tìm ra cách để

to take this nitrogen in the air

chuyển nitơ từ không khí

and put it into the ground.

vào đất

In 1908, the German chemist Fritz Haber

Năm 1908, nhà hoá học Đức Fritz Haber

developed a chemical method

phát triển một phương pháp hoá học

for utilizing the vast supply of nitrogen in the air.

tận dụng nguồn nitơ dồi dào từ không khí

Haber found a method

which took the nitrogen in the air

Haber tìm ra một cách

lấy nitơ trong không khí

and bonded it to hydrogen

liên kết với hidro

to form ammonia.

và tạo thành amoniac

Ammonia can then be injected into the soil,

amoniac có thể thấm vào đất

where it is quickly converted into nitrate.

rồi chuyển thành nitrat nhanh chóng

But if Haber's process was going to be used

Nhưng nếu quá trình Haber được ứng dụng

to feed the world,

để cung cấp thực phẩm cho thế giới

he would need to find a way

Ông sẽ cần tìm cách

to create a lot of this ammonia quickly and easily.

để nhanh chóng tạo ra thật nhiều amoniac

In order to understand

Để hiểu được

how Haber accomplished this feat,

Haber làm được như thế nào

we need to know something

chúng ta cần biết vài điều về

about chemical equilibrium.

cân bằng hoá học

Chemical equilibrium can be achieved

Cân bằng hoá học xảy ra

when you have a reaction in a closed container.

khi bạn cho phản ứng trong một hộp kín

For example, let's say you put

Ví dụ như bạn cho

hydrogen and nitrogen into a closed container

hidro va nitơ vào một hộp kín

and allow them to react.

và để phản ứng xảy ra

In the beginning of the experiment,

trong giai đoạn đầu của phản ứng

we have a lot of nitrogen and hydrogen,

ta có rất nhiều hidro va nitơ

so the formation of ammonia

nên sự tạo thành amoniac

proceeds at a high speed.

xảy ra rất nhanh

But as the hydrogen and nitrogen react

Nhưng, càng phản ứng, hidro va nito

and get used up,

bị sử dụng hết dần

the reaction slows down

phản ứng sẽ chậm lại

because there is less nitrogen and hydrogen

bởi vì có ít nitơ va hidro hơn

in the container.

trong hộp

Eventually, the ammonia molecules reach a point

Cuối cùng, amoniac đạt tới một giới hạn

where they start to decompose

lúc đó, amoniac sẽ phân huỷ

back into the nitrogen and hydrogen.

tạo ngược lại nitơ va hidro

After a while, the two reactions,

Sau một lúc, 2 phản ứng thuận nghịch

creating and breaking down ammonia,

tạo và phân huỷ amoniac

will reach the same speed.

đạt cùng một tốc độ

When these speeds are equal,

Khi 2 tốc độ này bằng nhau

we say the reaction has reached equilibrium.

ta nói phản ứng cân bằng

This might sound good, but it's not

Nghe có vẻ dễ dàng, nhưng không

when what you want

khi bạn chỉ muốn

is to just create a ton of ammonia.

tạo ra thật nhiều amoniac

Haber doesn't want the ammonia

Haber không hề muốn amoniac

to break down at all,

bị phân huỷ

but if you simply leave the reaction

nhưng nếu chỉ để phản ứng

in a closed container,

bình thường trong hộp

that's what will happen.

sự phân huỷ sẽ xảy ra

Here's where Henry Le Chatelier,

Lúc này Henry Le Chatelier

a French chemist,

nhà hoá học Pháp

can help.

có thể giúp

What he found was

Điều mà ông ta tìm ra

that if you take a system in equilibrium

là nếu bạn lấy một hệ cân bằng

and you add something to it,

và thêm vào một yếu tố

like, say, nitrogen,

ví dụ như nitơ

the system will work

hệ sẽ tiến về

to get back to equilibrium again.

cân bằng một lần nữa

Le Chatelier also found

Le Chatelier cũng tìm ra

that if you increase

nếu bạn tăng

the amount of pressure on a system,

áp suất của hệ cân bằng

the system tries to work

hệ sẽ cố gắng tiến về

to return to the pressure it had.

áp suất đã có (giảm áp suất)

It's like being in a crowded room.

giống như một căn phòng đầy người

The more molecules there are,

càng nhiều phân tử

the more pressure there is.

áp suất càng cao

If we look back at our equation,

Nếu ta nhìn lại phương trình

we see that on the left-hand side,

bên vế trái (tham gia)

there are four molecules on the left

có 4 phân tử

and just two on the right.

và chỉ 2 phân tử bên phải

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

Nên, nều ta muốn "căn phòng" bớt đông

and therefore have less pressure,

và giảm áp suất

the system will start

hệ sẽ bắt đầu

combining nitrogen and hydrogen

kết hợp nito và hidro

to make the more compact ammonia molecules.

để tạo ra nhiều amoniac

Haber realized that in order to make

Haber nhận thấy để tạo

large amounts of ammonia,

nhiều amoniac

he would have to create a machine

ông phải chế tạo một cái máy

that would continually add nitrogen and hydrogen

để liên tục cung cấp nito va hidro

while also increasing the pressure

đồng thời tăng áp suất

on the equilibrium system,

của hệ cân bằng

which is exactly what he did.

là điều ông đã làm

Today, ammonia is one of the most produced

Ngày nay, amoniac là một trong các chất

chemical compounds in the world.

được sản xuất nhiều nhất trên thế giới

Roughly 131 million metric tons are produced a year,

Khoảng 131 triệu tấn khối mỗi năm

which is about 290 billion pounds of ammonia.

tương đương 290 tỉ pounds

That's about the mass

Khoảng khối lượng của

of 30 million African elephants,

30 triệu con voi Châu Phi

weighing roughly 10,000 pounds each.

10,000 pounds mỗi con

80% of this ammonia is used in fertilizer production,

80% lượng amoniac này dùng cho phân bón

while the rest is used

trong khi số còn lại

in industrial and household cleaners

dùng cho công nghiệp và tẩy rửa

and to produce other nitrogen compounds,

và sản xuất các hợp chất của nitơ

such as nitric acid.

như acid nitric

Recent studies have found

các nghiên cứu gần đây tìm ra

that half of the nitrogen from these fertilizers

rằng một nửa lượng nito trong phân bón

is not assimilated by plants.

không được hấp thụ bởi thực vật

Consequently, the nitrogen is found

Hậu quả là nitơ được tìm thấy

as a volatile chemical compound

dưới dạng hợp chất hay thay đổi

in the Earth's water supplies and atmosphere,

trong khí quyển và nước

severely damaging our environment.

làm huỷ hoại môi trường

Of course, Haber did not foresee this problem

Tất nhiên, Haber không nhìn trước được

when he introduced his invention.

vấn đề khi công bố phát minh

Following his pioneering vision,

Theo các nhà khoa học

scientists today are looking

họ đang tìm

for a new Haber process of the 21st century,

một quá trình Haber mới cho thế kỉ 21

which will reach the same level of aid

sẽ có cùng hiệu quả

without the dangerous consequences.

nhưng không gây hậu quả nguy hiểm