اگر توی قرن ۱۹ میلادی شما یه شهروند آمریکایی بودید و یه جزیره پیدا میکردید که سطحش پر از مدفوع پرندههای دریایی باشه، شما میتونستید اعلام کنید که اون جزیره متعلق به آمریکاست و دولت آمریکا هم ناوها و ارتشش رو برای دفاع از اون جزیره میفرستاد. اما دقیقا چرا دولت آمریکا برای یه جزیرهی پر از مدفوع پرنده همچین کاری میکرد؟ جوابش رو باید توی تاریخ اون دوره جست و جو کنیم.
Pillars of Creation
اگر توی قرن ۱۹ میلادی شما یه شهروند آمریکایی بودید و یه جزیره پیدا میکردید که سطحش پر از مدفوع پرندههای دریایی باشه، شما میتونستید اعلام کنید که اون جزیره متعلق به آمریکاست و دولت آمریکا هم ناوها و ارتشش رو برای دفاع از اون جزیره میفرستاد. اما دقیقا چرا…
نیتروژن یکی از مهمترین عناصر تشکیل دهندهی حیاته. توی ساختار پروتئینها و DNA وجود داره و میشه گفت حیات هیچ جانداری روی زمین بدون وجود نیتروژن امکان پذیر نیست. ما نیتروژن مورد نیاز خودمون رو از گیاهان و گوشت حیواناتی که گیاه میخورن به دست میاریم و خود گیاها این نیتروژن رو از خاک به دست میارن. تجربه نشون داده اگر یک زمین کشاورزی چندبار کشت و برداشت روش انجام بشه نیتروژن خاک به شدت پایین میاد و باعث میشه رشد گیاهای این زمین به شدت مختل بشه و نتونن کلروفیل برای غذاسازی تولید کنن و حتی سلولهاشون نتونن تقسیم بشن. برای همین نیازه که نیتروژن خاک از یه منبعی تامین بشه تا توی رشد گیاههای زمین کشاورزی اختلالی ایجاد نشه.
@CenterOfSingularity
@CenterOfSingularity
Pillars of Creation
نیتروژن یکی از مهمترین عناصر تشکیل دهندهی حیاته. توی ساختار پروتئینها و DNA وجود داره و میشه گفت حیات هیچ جانداری روی زمین بدون وجود نیتروژن امکان پذیر نیست. ما نیتروژن مورد نیاز خودمون رو از گیاهان و گوشت حیواناتی که گیاه میخورن به دست میاریم و خود گیاها…
78 درصد اتمسفر زمین رو مولکول نیتروژن تشکیل میده. با این وجود به نظر میاد گیاهان نباید اختلالی توی تامین نیتروژن مورد نیازشون داشته باشن. اما مشکل اصلی اینجاست که پیوند سه گانهای که داخل مولکول نیتروژن اتمسفر وجود داره یکی از قویترین پیوندهای مولکولی در طبیعت هستش و گیاهان توانایی شکستن این پیوند و استفاده از اتمهای نیتروژن داخل مولکولهای خودشون رو ندارن. نیتروژن مورد نیاز گیاهان عمدتا از طریق مولکولهای نیتروژندار محلول در آب مثل آمونیوم (NH4) و نیترات (NO3) تامین میشه. فرایند تبدیل نیتروژن مولکولی موجود در اتمسفر به مولکولهای نیتروژندار قابل استفاده برای گیاهان رو بهش میگن تثبیت نیتروژن. تثبیت نیتروژن نیازمند شکستن پیوند سه گانهی مولکول نیتروژنه که داخل طبیعت فقط در دو صورت انرژی زیادِ این واکنش تامین میشه.
در حالت اول رعد و برق باعث شکستن پیوند میشه و نیتروژن با اکسیژن واکنش میده و بعد وارد قطرههای بارون میشه و به صورت نیترات (NO3) وارد خاک میشه.
انواعی از باکتریها هم توی خاک وجود دارن که با صرف انرژی زیاد نیتروژن رو میشکنن و آمونیوم (NH4) برای خاک تولید میکنن.
@CenterOfSingularity
در حالت اول رعد و برق باعث شکستن پیوند میشه و نیتروژن با اکسیژن واکنش میده و بعد وارد قطرههای بارون میشه و به صورت نیترات (NO3) وارد خاک میشه.
انواعی از باکتریها هم توی خاک وجود دارن که با صرف انرژی زیاد نیتروژن رو میشکنن و آمونیوم (NH4) برای خاک تولید میکنن.
@CenterOfSingularity
Pillars of Creation
Photo
تثبیت نیتروژن به حالت طبیعی پاسخگوی نیاز روز افزون جمعیت انسانها به غذا نبود. باکتریها خیلی کند فرایند تثبیت رو انجام میدادن و رعد برق هم اونقدری زیاد اتفاق نمیافتاد که بخواد نیتروژن مورد نیاز زمینهای کشاورزی رو کامل تامین کنه. برای همین انسانها نیاز داشتن نیتروژن خاک رو به صورت دستی غنی کنن.
یکی از مهمترین موادی که توی قرن 19 میلادی برای غنیسازی نیتروژن خاک استفاده میشد گوانو بود. گوانو (Guano) در واقع مدفوع پرندگان دریایی بود که طی قرنهای متمادی روی صخرهها و جزایر جمع شده بود. میزان نیتروژن گوانو تا 20 درصد هم میرسید و این برای خاک اروپا و آمریکا که دچار کمبود شدید نیتروژن شده بود خیلی درصد مناسبی بود. به همین خاطر گوانو لقب "طلای سفید کشاورزی" رو به خودش گرفت و قیمتش خیلی بالا رفت تا حدی که قیمت چند گرم گوانو با یک گرم طلا برابر شده بود. کشورهای مختلف بر سر منابع گوانوی موجود در جزایر مختلف باهم در رقابت بودن و تلاش میکردن جزایر دارای گوانو رو سریعتر از بقیه تصرف کنن. حتی جنگی به اسم جنگ گوانو (1864 - 1866) بین اسپانیا و پرو بر سر منابع گوانو در گرفت.
@CenterOfSingularity
یکی از مهمترین موادی که توی قرن 19 میلادی برای غنیسازی نیتروژن خاک استفاده میشد گوانو بود. گوانو (Guano) در واقع مدفوع پرندگان دریایی بود که طی قرنهای متمادی روی صخرهها و جزایر جمع شده بود. میزان نیتروژن گوانو تا 20 درصد هم میرسید و این برای خاک اروپا و آمریکا که دچار کمبود شدید نیتروژن شده بود خیلی درصد مناسبی بود. به همین خاطر گوانو لقب "طلای سفید کشاورزی" رو به خودش گرفت و قیمتش خیلی بالا رفت تا حدی که قیمت چند گرم گوانو با یک گرم طلا برابر شده بود. کشورهای مختلف بر سر منابع گوانوی موجود در جزایر مختلف باهم در رقابت بودن و تلاش میکردن جزایر دارای گوانو رو سریعتر از بقیه تصرف کنن. حتی جنگی به اسم جنگ گوانو (1864 - 1866) بین اسپانیا و پرو بر سر منابع گوانو در گرفت.
@CenterOfSingularity
Pillars of Creation
Photo
در اواخر قرن ۱۹ ذخایر گوانو تقریبا در حال اتمام بود. این یه بحران بزرگ بود. ذخایر نیتروژن خاک دوباره تموم شده بود و منبعی وجود نداشت تا نیتروژن خاک تامین بشه و برای جمعیت انسانها که به صورت تساعدی رو به افزایش بود پاسخگو باشه. قسمت زیادی از بشریت در مرز قحطی و مرگ بر اثر گرسنگی بود.
پیشبینیهای زیادی توسط دانشمندان مختلف درمورد آیندهی اینوضعیت وجود داشت و هیچکدوم آیندهی خوبی رو در انتظار بشریت نمیدیدن. دانشمند بریتانیایی، ویلیام کروکس، پیشبینی کرده بود که با وجود افزایش جمعیت و کاهش ذخایر نیتروژن خاک، در کمتر از سی سال قسمت بزرگی از مردم تمام نقاط دنیا از قحطی و گرسنگی جون خودشون رو از دست میدن. کروکس، راه حل این وضعیت رو در تثبیت صنعتی و گستردهی نیتروژن با استفاده از نیتروژن مولکولی موجود در اتمسفر میدید.
@CenterOfSingularity
پیشبینیهای زیادی توسط دانشمندان مختلف درمورد آیندهی اینوضعیت وجود داشت و هیچکدوم آیندهی خوبی رو در انتظار بشریت نمیدیدن. دانشمند بریتانیایی، ویلیام کروکس، پیشبینی کرده بود که با وجود افزایش جمعیت و کاهش ذخایر نیتروژن خاک، در کمتر از سی سال قسمت بزرگی از مردم تمام نقاط دنیا از قحطی و گرسنگی جون خودشون رو از دست میدن. کروکس، راه حل این وضعیت رو در تثبیت صنعتی و گستردهی نیتروژن با استفاده از نیتروژن مولکولی موجود در اتمسفر میدید.
@CenterOfSingularity
Pillars of Creation
در اواخر قرن ۱۹ ذخایر گوانو تقریبا در حال اتمام بود. این یه بحران بزرگ بود. ذخایر نیتروژن خاک دوباره تموم شده بود و منبعی وجود نداشت تا نیتروژن خاک تامین بشه و برای جمعیت انسانها که به صورت تساعدی رو به افزایش بود پاسخگو باشه. قسمت زیادی از بشریت در مرز قحطی…
دانشمندای زیادی در طی دهههای مختلف روی پروژهی واکنش تثبیت نیتروژن مولکولی زمان زیادی گذاشتن اما همهی آزمایشها با شکست مواجه شدن، به جز یک آزمایش.
فریتز هابر، شیمیدان آلمانی، سال 1904 بعد از دیدن صف طولانی آزمایشهایی که موفقیت آمیز نبودن به این مبحث علاقه مند شد. ایدهی هابر این بود که نیتروژن رو داخل یه محفظهی بسته همراه با هیدروژن قرار بده و فشار و دما رو بالاتر ببره تا برخورد مولکولها افزایش بده و همزمان از یک کاتالیزگر برای پیش بردن واکنش و راحتتر شکستن پیوند سه گانهی نیتروژن استفاده کنه.
@CenterOfSingularity
فریتز هابر، شیمیدان آلمانی، سال 1904 بعد از دیدن صف طولانی آزمایشهایی که موفقیت آمیز نبودن به این مبحث علاقه مند شد. ایدهی هابر این بود که نیتروژن رو داخل یه محفظهی بسته همراه با هیدروژن قرار بده و فشار و دما رو بالاتر ببره تا برخورد مولکولها افزایش بده و همزمان از یک کاتالیزگر برای پیش بردن واکنش و راحتتر شکستن پیوند سه گانهی نیتروژن استفاده کنه.
@CenterOfSingularity
Pillars of Creation
دانشمندای زیادی در طی دهههای مختلف روی پروژهی واکنش تثبیت نیتروژن مولکولی زمان زیادی گذاشتن اما همهی آزمایشها با شکست مواجه شدن، به جز یک آزمایش. فریتز هابر، شیمیدان آلمانی، سال 1904 بعد از دیدن صف طولانی آزمایشهایی که موفقیت آمیز نبودن به این مبحث علاقه…
هابر موقعی که آزمایشهای خودش رو روی این واکنش انجام میداد داخل یه کارخونهی لامپ حبابی به عنوان مشاور تکنیکال کار میکرد. برای همین میتونست به موادی دسترسی داشته باشه که اون دوران خیلی کمیاب بودن. مثل فلز اوسمیوم.
اوسمیوم (Osmium) یه فلز کمیاب هستش که اون موقع فقط 100 کیلوگرم ازش توی دنیا خالص سازی شده بود. کارخونهای که هابر براش کار میکرد درحال آزمایش این فلز برای رشتههای لامپ بود و هابر به فکرش رسید در کنار عناصر دیگهای که به عنوان کاتالیزگر استفاده کرده بود از این عنصر هم استفاده کنه.
سرانجام بعد از 5 سال تلاش بی وقفه و آزمایشهایی که با شکست مواجه میشدن، هابر توی سال 1909 تونست واکنش تولید آمونیاک رو با استفاده از نیتروژن و هیدروژن مولکولی و اوسمیوم به عنوان کاتالیزگر پیش ببره و برای اولین بار بتونه یه واکنش برای تولید آمونیاک از نیتروژن مولکولی و غنی سازی نیتروژن خاک کشف کنه.
امروزه واکنش هابر به صورت :
N2 + H2 ---> NH3
انجام میشه و به دلیل کمیاب بودن اوسمیوم، از آهن به عنوان کاتالیزگر این واکنش استفاده میشه.
@CenterOfSingularity
اوسمیوم (Osmium) یه فلز کمیاب هستش که اون موقع فقط 100 کیلوگرم ازش توی دنیا خالص سازی شده بود. کارخونهای که هابر براش کار میکرد درحال آزمایش این فلز برای رشتههای لامپ بود و هابر به فکرش رسید در کنار عناصر دیگهای که به عنوان کاتالیزگر استفاده کرده بود از این عنصر هم استفاده کنه.
سرانجام بعد از 5 سال تلاش بی وقفه و آزمایشهایی که با شکست مواجه میشدن، هابر توی سال 1909 تونست واکنش تولید آمونیاک رو با استفاده از نیتروژن و هیدروژن مولکولی و اوسمیوم به عنوان کاتالیزگر پیش ببره و برای اولین بار بتونه یه واکنش برای تولید آمونیاک از نیتروژن مولکولی و غنی سازی نیتروژن خاک کشف کنه.
امروزه واکنش هابر به صورت :
N2 + H2 ---> NH3
انجام میشه و به دلیل کمیاب بودن اوسمیوم، از آهن به عنوان کاتالیزگر این واکنش استفاده میشه.
@CenterOfSingularity
Pillars of Creation
هابر موقعی که آزمایشهای خودش رو روی این واکنش انجام میداد داخل یه کارخونهی لامپ حبابی به عنوان مشاور تکنیکال کار میکرد. برای همین میتونست به موادی دسترسی داشته باشه که اون دوران خیلی کمیاب بودن. مثل فلز اوسمیوم. اوسمیوم (Osmium) یه فلز کمیاب هستش که اون…
واکنش هابر انسانها رو از یکی از بزرگترین مشکلاتی که باهاش مواجه شده بودن و میتونست منجر به مرگ تعداد زیادیشون بشه نجات داد. دیگه خطر قحطی ناشی از کمبود نیتروژن خاک انسانها رو تهدید نمیکرد. برای همین سطح زمینهای کشاورزی قابل کشت چندبرابر شد و جمعیت تونست بدون مانع غذا افزایش پیدا کنه. تخمین زده میشه که اختراع هابر مسئول زندگی ۴ میلیارد نفر از مردم دنیا درحال حاضره و اگه اون واکنش کشف نمیشد جمعیت الان دنیا فقط ۴ میلیارد نفر بود. و یه چیز جالب دیگه اینه که نیتروژن نصف مولکولهای توی بدنتون حاصل نیتروژنی هستش که طی واکنش هابر تولید شده.
@CenterOfSingularity
@CenterOfSingularity
Pillars of Creation
واکنش هابر انسانها رو از یکی از بزرگترین مشکلاتی که باهاش مواجه شده بودن و میتونست منجر به مرگ تعداد زیادیشون بشه نجات داد. دیگه خطر قحطی ناشی از کمبود نیتروژن خاک انسانها رو تهدید نمیکرد. برای همین سطح زمینهای کشاورزی قابل کشت چندبرابر شد و جمعیت تونست…
مراسم نوبل سال 1918 یکی از عجیبترین مراسمهای نوبل تاریخ بود. 9 سال بعد از اختراع واکنش هابر، کمیتهی نوبل جایزهی نوبل شیمی رو به هابر به خاطر ابداع این روش اهدا کرد. اما این قضیه اعتراض خیلیها رو بر انگیخت. خیلی از دانشمندها به عنوان اعتراض داخل این مراسم حضور پیدا نکردن و دو نفر از برندههای نوبل توی رشتههای دیگه، برای اعتراض جایزهشون رو پس دادن و قبول نکردن. در اهمیت و حیاتی بودن اختراع هابر شکی نبود. اما دقیقا چرا همچین رفتاری رو انجام دادن؟ چرا اینقدر واکنشهای منفیای در پاسخ به جایزهای که هابر گرفت وجود داشت؟ در این 9 سالی که گذشت چه اتفاقی افتاده بود که اینقدر نظرها نسبت به فریتز هابر منفی شده بود؟
برمیگردیم به سال 1914. هابر به شدت ملیگرا بود. با شروع جنگ جهانی اول توی سال 1914, برخلاف دانشمندای صلح طلبِ دیگه مثل اینشتین که بیطرفی خودشون رو نسبت به این جنگ اعلام کرده بودن، هابر داوطلبانه آمادگی خودش رو برای کمک به ارتش آلمان برای تولید سلاح و مواد شیمیایی جنگی اعلام کرد.
همونطور که میدونیم، شکستن پیوند سه گانهی هیدروژن انرژی خیلی زیادی رو میطلبه. طبق قانون پایستگی انرژی، تشکیل پیوند سه گانه باید همونقدر انرژی زیاد رو تولید کنه. تشکیل نیتروژن دواتمی و آزاد سازی انرژی اون، پایهی تولید مواد منفجرهس. اکثر مواد منفجرهای که میشناسیم مثل TNT، در واقع توی قسمت فراوردههای واکنش مولکول نیتروژن دواتمی رو دارن و از انرژی زیاد حاصل ازش هستش که میتونن انفجار ایجاد کنن.
ایدهی هابر این بود که آمونیاک تولید شده توسط واکنشش رو طی یه سری واکنشِ دیگه تبدیل به مواد منفجره کنه. این ایده توسط ارتش آلمان اجرا شد و حجم زیادی مواد منفجره طی این فرایند تولید شد و واکنش هابر خیلی سریع در قلب ماشین جنگی ارتش آلمان جای گرفت.
@CenterOfSingularity
همونطور که میدونیم، شکستن پیوند سه گانهی هیدروژن انرژی خیلی زیادی رو میطلبه. طبق قانون پایستگی انرژی، تشکیل پیوند سه گانه باید همونقدر انرژی زیاد رو تولید کنه. تشکیل نیتروژن دواتمی و آزاد سازی انرژی اون، پایهی تولید مواد منفجرهس. اکثر مواد منفجرهای که میشناسیم مثل TNT، در واقع توی قسمت فراوردههای واکنش مولکول نیتروژن دواتمی رو دارن و از انرژی زیاد حاصل ازش هستش که میتونن انفجار ایجاد کنن.
ایدهی هابر این بود که آمونیاک تولید شده توسط واکنشش رو طی یه سری واکنشِ دیگه تبدیل به مواد منفجره کنه. این ایده توسط ارتش آلمان اجرا شد و حجم زیادی مواد منفجره طی این فرایند تولید شد و واکنش هابر خیلی سریع در قلب ماشین جنگی ارتش آلمان جای گرفت.
@CenterOfSingularity
Pillars of Creation
برمیگردیم به سال 1914. هابر به شدت ملیگرا بود. با شروع جنگ جهانی اول توی سال 1914, برخلاف دانشمندای صلح طلبِ دیگه مثل اینشتین که بیطرفی خودشون رو نسبت به این جنگ اعلام کرده بودن، هابر داوطلبانه آمادگی خودش رو برای کمک به ارتش آلمان برای تولید سلاح و مواد…
اما هابر صرفا به مواد منفجره قانع نبود. اون معتقد بود میتونه سلاحهای بیشتری رو بسازه. برای همین آزمایشگاهش خیلی زود تبدیل به یه مرکز تحقیق روی گازهای شیمیایی جنگی برای ارتش آلمان شد که دانشمندای زیادی داخلش به تحقیق مشغول بودن و خودش این پروژه رو مدیریت میکرد.
هابر طی آزمایشاتی که داشت گازهای شیمیایی مختلفی رو برای ارتش ساخت. از جمله گاز کلر (به عنوان عامل شیمیایی جنگی) که باعث خفگی و اسیدی شدن ریهی سربازها میشد؛ فوسژن که چندبرابر کشندهتر از گاز کلر بود و عامل بخش بزرگی از تلفات جنگ بود.
وقتی یکی از فرماندهای ارتش آلمان نارضایتی خودش رو در استفاده از این سلاحها اعلام کرد، هابر گفت هرچقدر ارتش قدرتمندتر باشه راحتتر پیروز میشه و جنگ زودتر تموم میشه. معتقد بود توسعهی سلاحهای شیمیایی باعث اتمام جنگ و نجات جون آدمهای زیادی میشه.
همسر هابر به شدت با این کارهای هابر مخالف بود. اون اولین زنی بود که در تاریخ آلمان دکترای شیمی گرفته بود و معتقد بود استفاده از علم برای کشتار جمعی یه خیانت به رسالت دانشمندی هستش. همسر هابر در اعتراض به کارهای هابر خودکشی کرد.
@CenterOfSingularity
هابر طی آزمایشاتی که داشت گازهای شیمیایی مختلفی رو برای ارتش ساخت. از جمله گاز کلر (به عنوان عامل شیمیایی جنگی) که باعث خفگی و اسیدی شدن ریهی سربازها میشد؛ فوسژن که چندبرابر کشندهتر از گاز کلر بود و عامل بخش بزرگی از تلفات جنگ بود.
وقتی یکی از فرماندهای ارتش آلمان نارضایتی خودش رو در استفاده از این سلاحها اعلام کرد، هابر گفت هرچقدر ارتش قدرتمندتر باشه راحتتر پیروز میشه و جنگ زودتر تموم میشه. معتقد بود توسعهی سلاحهای شیمیایی باعث اتمام جنگ و نجات جون آدمهای زیادی میشه.
همسر هابر به شدت با این کارهای هابر مخالف بود. اون اولین زنی بود که در تاریخ آلمان دکترای شیمی گرفته بود و معتقد بود استفاده از علم برای کشتار جمعی یه خیانت به رسالت دانشمندی هستش. همسر هابر در اعتراض به کارهای هابر خودکشی کرد.
@CenterOfSingularity
Pillars of Creation
اما هابر صرفا به مواد منفجره قانع نبود. اون معتقد بود میتونه سلاحهای بیشتری رو بسازه. برای همین آزمایشگاهش خیلی زود تبدیل به یه مرکز تحقیق روی گازهای شیمیایی جنگی برای ارتش آلمان شد که دانشمندای زیادی داخلش به تحقیق مشغول بودن و خودش این پروژه رو مدیریت میکرد.…
سرانجام جنگ جهانی اول سال 1918 تموم شد و آلمان یکی از شکست خوردههای این جنگ بود. اسم هابر به خاطر نقش در کشتن هزاران نفر، داخل لیست جنایتکاران جنگی رفت و هابر یه مدتی پنهان شده بود تا اسمش از این لیست خط بخوره. بعد از اتمام جنگ، مراسم اهدای جوایز نوبل که در طول مدت جنگ برگزار نشده بود، دوباره از سر گرفته شد. کمیتهی نوبل با وجود آگاهی نسبت به نقش هابر در توسعهی سلاحهای شیمیایی تصمیم گرفت جایزهی نوبل شیمی رو بهش اهدا کنه. کمیته نوبل اهمیت سنتز آمونیاک رو یه خدمت بزرگ به بشریت میدید و داوری خودش رو این طور توجیه کرد.
این تصمیم با واکنشهای منفی گستردهای رو به رو شد. برخی از دانشمندا از جمله بریتانیاییها و فرانسویها خواهان محاکمهی هابر به خاطر جنایات جنگی بودن و بسیاری از شرکت کنندهها این مراسم رو بایکوت کردن و داخلش شرکت نکردن.
تلاش هابر در توسعهی سلاحهای شیمیایی باعث شد لقب "پدر جنگ شیمیایی" رو بهش بدن. هابر همچنین لقب "پدر نان ارزان" رو به خاطر سنتز آمونیاک برای کودهای شیمیایی گرفته بود.
این تصمیم با واکنشهای منفی گستردهای رو به رو شد. برخی از دانشمندا از جمله بریتانیاییها و فرانسویها خواهان محاکمهی هابر به خاطر جنایات جنگی بودن و بسیاری از شرکت کنندهها این مراسم رو بایکوت کردن و داخلش شرکت نکردن.
تلاش هابر در توسعهی سلاحهای شیمیایی باعث شد لقب "پدر جنگ شیمیایی" رو بهش بدن. هابر همچنین لقب "پدر نان ارزان" رو به خاطر سنتز آمونیاک برای کودهای شیمیایی گرفته بود.