初中化學(xué)化學(xué)家哈伯法合成氨的發(fā)明者哈伯

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哈伯

(公元1868～1934)翻閱諾貝爾化學(xué)獎的記錄，就能看到1916～1917年沒有頒獎，因為這期間，歐洲正經(jīng)驗著第一次世界大戰(zhàn)，1918年頒了獎，化學(xué)獎授予德國化學(xué)家哈伯。這引起了科學(xué)家的爭論，英法等國的一些科學(xué)家公開地表示反對，他們認為，哈伯沒有資格獲得這一榮譽。這原委是為什么？哈伯與諾貝爾化學(xué)獎

隨著農(nóng)業(yè)的發(fā)展，對氮肥的需求量在快速增長。在19世紀(jì)以前，農(nóng)業(yè)上所需氮肥的來源主要來自有機物的副產(chǎn)品，如糞類、種子餅及綠肥。1809年在智利發(fā)覺了一個很大的硝酸鈉礦產(chǎn)地，并很快被開采。一方面由于這一礦藏有限，另一方面，軍事工業(yè)生產(chǎn)炸藥也須要大量的硝石，因此解決氮肥來源必需另辟途徑。

一些有遠見的化學(xué)家指出：考慮到將來的糧食問題，為了使子孫后代免于饑餓，我們必需寄希望于科學(xué)家能實現(xiàn)大氣固氮。因此將空氣中豐富的氮固定下來并轉(zhuǎn)化為可被利用的形式，在20世紀(jì)初成為一項受到眾多科學(xué)家注目和關(guān)切的重大課題。哈伯就是從事合成氨的工藝條件試驗和理論探討的化學(xué)家之一。

利用氮、氫為原料合成氨的工業(yè)化生產(chǎn)曾是一個較難的課題，從第一次試驗室研制到工業(yè)化投產(chǎn)，約經(jīng)驗了150年的時間。1795年有人試圖在常壓下進行氨合成，后來又有人在50個大氣壓下試驗，結(jié)果都失敗了。19世紀(jì)下半葉，物理化學(xué)的巨大進展，使人們相識到由氮、氫合成氨的反應(yīng)是可逆的，增加壓力將使反應(yīng)推向生成氨的方向：提高溫度會將反應(yīng)移向相反的方向，然而溫度過低又使反應(yīng)速度過??；催化劑對反應(yīng)將產(chǎn)生重要影響。這事實上就為合成氨的試驗供應(yīng)了理論指導(dǎo)。當(dāng)時物理化學(xué)的權(quán)威、德國的能斯特就明確指出：氮和氫在高壓條件下是能夠合成氨的，并供應(yīng)了一些試驗數(shù)據(jù)。法國化學(xué)家勒夏特里第一個試圖進行高壓合成氨的試驗，但是由于氮氫混和氣中混進了氧氣，引起了爆炸，使他放棄了這一危急的試驗。在物理化學(xué)探討領(lǐng)域有很好基礎(chǔ)的哈伯決心攻克這一令人生畏的難題。

哈怕首先進行一系列試驗，探究合成氨的最佳物理化學(xué)條件。在試驗中他所取得的某些數(shù)據(jù)與能斯特的有所不同，他并不盲從權(quán)威，而是依靠試驗來檢驗，最終證明了能斯特的計算是錯誤的。在一位來自英國的學(xué)生洛森諾的幫助下，哈伯勝利地設(shè)計出一套適于高壓試驗的裝置和合成氨的工藝流程，這流程是：在炙熱的焦炭上方吹人水蒸汽，可以獲得幾乎等體積的一氧化碳和氫氣的混和氣體。其中的一氧化碳在催化劑的作用下，進一步與水蒸汽反應(yīng)，得到二氧化碳和氫氣。然后將混和氣體在肯定壓力下溶于水，二氧化碳被汲取，就制得了較純凈的氫氣。同樣將水蒸汽與適量的空氣混和通過紅熱的炭，空氣中的氧和碳便生成一氧化碳和二氧化碳而被汲取除掉，從而得到了所須要的氮氣。

氮氣和氫氣的混和氣體在高溫高壓的條件下及催化劑的作用下合成氨。但什么樣的高溫柔高壓條件為最佳？以什么樣的催化劑為最好？這還必需花大力氣進行探究。以楔而不舍的精神，經(jīng)過不斷的試驗和計算，哈伯最終在1909年取得了鼓舞人心的成果。這就是在600℃的高溫、200個大氣壓和鋨為催化劑的條件下，能得到產(chǎn)率約為8％的合成氨。8％的轉(zhuǎn)化率不算高，當(dāng)然會影響生產(chǎn)的經(jīng)濟效益。哈怕知道合成氨反應(yīng)不行能達到象硫酸生產(chǎn)那么高的轉(zhuǎn)化率，在硫酸生產(chǎn)中二氧化硫氧化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率幾乎接近于100％。怎么辦？哈伯認為若能使反應(yīng)氣體在高壓下循環(huán)加工，并從這個循環(huán)中不斷地把反應(yīng)生成的氨分別出來，則這個工藝過程是可行的。于是他勝利地設(shè)計了原料氣的循環(huán)工藝。這就是合成氨的哈怕法。

走出試驗室，進行工業(yè)化生產(chǎn)，仍將要付出艱辛的勞動。哈伯將他設(shè)計的工藝流程申請了專利后，把它交給了德國當(dāng)時最大的化工企業(yè)——巴登苯胺和純堿制造公司。這個公司原先安排采納以電弧法生產(chǎn)氧化氮，然后合成氨的生產(chǎn)方法。兩相比較，公司馬上取消了原先的安排，組織了以化工專家波施為首的工程技術(shù)人員將哈伯的設(shè)計付諸實施。

首先，依據(jù)哈伯的工藝流程，他們找到了較合理的方法，生產(chǎn)出大量廉價的原料氮氣、氫氣。通過試驗，他們相識到鋨雖然是特別好的催化劑，但是它難于加工，因為它與空氣接觸時，易轉(zhuǎn)變?yōu)閾]發(fā)性的四氧化物，另外這種稀有金屬在世界上的儲量極少。哈伯建議的其次種催化劑是鈾。鈾不僅很貴，而且對痕量的氧和水都很敏感。為了找尋高效穩(wěn)定的催化劑，兩年問，他們進行了多達6500次試驗，測試了2500種不同的配方，最終選定了含鉛鎂促進劑的鐵催化劑。開發(fā)適用的高壓設(shè)備也是工藝的關(guān)鍵。當(dāng)時能受得住200個大氣壓的低碳鋼，卻膽怯 氫氣的脫碳腐蝕。波施想了很多方法，最終確定在低碳鋼的反應(yīng)管子里加一層熟鐵的襯里，熟鐵雖沒有強度，卻不怕氫氣的腐蝕，這樣終于解決了難題。

哈伯的合成氨的設(shè)想最終在1913年得以實現(xiàn)，一個日產(chǎn)30噸的合成氨工廠建成并投產(chǎn)。從今合成氨成為化學(xué)工業(yè)中發(fā)展較快，特別活躍的一個部分。合成氨生產(chǎn)方法的創(chuàng)立不僅開拓了獲得固定氮的途徑，更重要的是這一生產(chǎn)工藝的實現(xiàn)對整個化學(xué)工藝的發(fā)展產(chǎn)生了重大的影響。合成氨的探討來自正確的理論指導(dǎo)，反過來合成氨生產(chǎn)工藝的研試又推動了科學(xué)理論的發(fā)展。鑒于合成氨工業(yè)生產(chǎn)的實現(xiàn)和它的探討對化學(xué)理論發(fā)展的推動，確定把諾貝爾化學(xué)獎授予哈伯是正確的。哈伯接受此獎也是當(dāng)之無愧的。第一次世界大戰(zhàn)中的哈伯

一些英、法科學(xué)家認為哈伯沒有資格獲得諾貝爾獎，緣由何在？有人曾認為，假如沒有合成氨工業(yè)的建立，德國就沒有足夠的軍火儲備，軍方就不敢貿(mào)然發(fā)動第一次世界大戰(zhàn)。有了合成氨工業(yè)，就可以將氨氧化為硝酸鹽以保證火藥的生產(chǎn)，否則僅依靠智利的硝石，火藥就無法保證。當(dāng)然某些科學(xué)的獨創(chuàng)創(chuàng)建被用于非正義的斗爭，科學(xué)家是沒有干脆責(zé)任的。英、法科學(xué)界對哈伯的指責(zé)更多地集中在哈伯在第一次世界大戰(zhàn)中的表現(xiàn)。

1906年哈伯成為卡爾斯魯厄高校的化學(xué)教授，1911年改任在柏林近郊的威廉物理化學(xué)及電化學(xué)探討所所長，同時兼任柏林高校教授。1914年世界大戰(zhàn)爆發(fā)，民族沙文主義所煽起的盲目的愛國熱忱將哈伯深深地卷入故爭的漩渦。他所領(lǐng)導(dǎo)的試驗室成了為斗爭服務(wù)的重要軍事機構(gòu)：哈伯擔(dān)當(dāng)了斗爭所需的材料的供應(yīng)和研制工作，特殊在研制斗爭毒氣方面。他曾錯誤地認為，毒氣進攻乃是一種結(jié)束斗爭、縮短斗爭時間的好方法，從而擔(dān)當(dāng)了大戰(zhàn)中德國施行毒氣戰(zhàn)的科學(xué)負責(zé)人。

依據(jù)哈怕的建議，1915年1月德軍把裝盛氯氣的鋼瓶放在陣地前沿施放，借助風(fēng)力把氯氣吹向敵陣。第一次野外試驗獲得勝利。該年4月22日在德軍發(fā)動的伊普雷戰(zhàn)役中，在6公里寬的前沿陣地上，在5分鐘內(nèi)德軍施放了180噸氯氣，約一人高的黃綠色毒氣借著鳳勢沿地面沖向英法陣地（氯氣比重較空氣大，故沉在下層，沿著地面移動），進入戰(zhàn)壕并滯留下來。這股毒浪使英法軍隊感到鼻腔、咽喉的痛，隨后有些人窒息而死。這樣英法士兵被嚇得驚惶失措，四散奔逃。據(jù)估計，英法軍隊約有15000人中毒。這是軍事史上第一次大規(guī)模運用殺傷性毒劑的現(xiàn)代化學(xué)戰(zhàn)的起先。此后，交戰(zhàn)的雙方都運用毒氣，而且毒氣的品種有了新的發(fā)展。毒氣所造成的傷亡，連德國當(dāng)局都沒有估計到。然而運用毒氣，進行化學(xué)戰(zhàn)，在歐洲各國遭到人民的一樣遣責(zé)。科學(xué)家們更是指責(zé)這種不人道的行徑。鑒于這一點，英、法等國科學(xué)家天經(jīng)地義地反對授予哈伯諾貝爾化學(xué)獎。哈伯也因此在精神上受到很大的振動，斗爭結(jié)束不久，他膽怯 被當(dāng)作戰(zhàn)犯而逃到鄉(xiāng)下約半年。晚年的喜與悲

1919年第一次世界大戰(zhàn)以德國失敗而告終。戰(zhàn)后的一段時間里，哈伯曾設(shè)計了一種從海水中提取黃金的方案。希望能借此來支付協(xié)約國要求的斗爭賠款。缺憾的是海水中的含金量遠比當(dāng)時人們想像的要少得多，他的努力只能付諸東流。此后，通過對斗爭的反省，他把全部精力都投入到科學(xué)探討中。在他卓有成效的領(lǐng)導(dǎo)下，威廉物理化學(xué)探討所成為世界上化學(xué)探討的學(xué)術(shù)中心之一。依據(jù)多年科研工作的閱歷，他特殊留意為他的同事們創(chuàng)建一個毫無偏見、并能獨立進行探討的環(huán)境，在探討中他又強調(diào)理論探討和應(yīng)用探討相結(jié)合。從而使他的探討所成為第一流的科研單位，培育出眾多高水平的探討人員。為了變更大戰(zhàn)中給人留下的不光彩印象，他主動致力于加強各國科研機構(gòu)的聯(lián)系和各國科學(xué)家的友好往來。他的試驗室里將近有一半成員來自世界各國。友好的接待，熱忱的指導(dǎo)，不僅得到了科學(xué)界對他的諒解，同時使他的威望日益增高。然而，不久悲劇再次著陸在他身上。1868年12月9日哈伯誕生在德國的布里斯勞（即現(xiàn)在波蘭的弗勞茨瓦夫市）的一個猶太商人家庭。1933年希特勒篡奪了德國的政權(quán)，建立了法西斯統(tǒng)治后，起先推行以殲滅“猶太科學(xué)”為已任的所謂“雅利安科學(xué)”的鬧劇，盡管哈伯是聞名的科學(xué)家，但是因為他是猶太人，和其他猶太人同樣遭到殘酷的迫害。法西斯當(dāng)局吩咐在科學(xué)和教化部門解雇一切猶太人。弗里茨·哈伯這個宏大的化學(xué)家被改名為：“Jew。哈怕”，即猶太人哈伯。他所領(lǐng)導(dǎo)的威廉探討所也被改組。哈伯于1933年4月30日莊重地聲明：“40多年來，我始終是以學(xué)問和品德為標(biāo)準(zhǔn)去選擇我的合作者，而不是考慮他們的國籍和民族，在我的余生，要我變更認為是如此完好的方法，則是我無法做到的?！彪S后，哈伯被迫離