1918年諾貝爾獎(jiǎng)得主——哈珀

　　翻閱諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的記錄，就能看到1916一1917年沒(méi)有頒獎(jiǎng)，因?yàn)檫@期間，歐洲正經(jīng)歷著第一次世界大戰(zhàn)，1918年頒了獎(jiǎng)，化學(xué)獎(jiǎng)授予德國(guó)化學(xué)家哈伯。這引起了科學(xué)家的議論，英法等國(guó)的一些科學(xué)家公開(kāi)地表示反對(duì)，他們認(rèn)為，哈伯沒(méi)有資格獲得這一榮譽(yù)。這究竟是為什么？

　　哈伯與諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)

　　隨著農(nóng)業(yè)的發(fā)展，對(duì)氮肥的需求量在迅速增長(zhǎng)。在19世紀(jì)以前，農(nóng)業(yè)上所需氮肥的來(lái)源主要來(lái)自有機(jī)物的副產(chǎn)品，如糞類(lèi)、種子餅及綠肥。1809年在智利發(fā)現(xiàn)了一個(gè)很大的硝酸鈉礦產(chǎn)地，并很快被開(kāi)采。一方面由于這一礦藏有限，另一方面，軍事工業(yè)生產(chǎn)炸藥也需要大量的硝石，因此解決氮肥來(lái)源必須另辟途徑。

　　一些有遠(yuǎn)見(jiàn)的化學(xué)家指出：考慮到將來(lái)的糧食問(wèn)題，為了使子孫后代免于饑餓，我們必須寄希望于科學(xué)家能實(shí)現(xiàn)大氣固氮。因此將空氣中豐富的氮固定下來(lái)并轉(zhuǎn)化為可被利用的形式，在20世紀(jì)初成為一項(xiàng)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(yàn)和理論研究的化學(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(gè)較難的課題，從第一次實(shí)驗(yàn)室研制到工業(yè)化投產(chǎn)，約經(jīng)歷了150年的時(shí)間。1795年有人試圖在常壓下進(jìn)行氨合成，后來(lái)又有人在50個(gè)大氣壓下試驗(yàn)，結(jié)果都失敗了。19世紀(jì)下半葉，物理化學(xué)的巨大進(jìn)展，使人們認(rèn)識(shí)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(huì)將反應(yīng)移向相反的方向，然而溫度過(guò)低又使反應(yīng)速度過(guò)��；催化劑對(duì)反應(yīng)將產(chǎn)生重要影響。這實(shí)際上就為合成氨的試驗(yàn)提供了理論指導(dǎo)。當(dāng)時(shí)物理化學(xué)的權(quán)威、德國(guó)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，并提供了一些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。法國(guó)化學(xué)家勒夏特里第一個(gè)試圖進(jìn)行高壓合成氨的實(shí)驗(yàn)，但是由于氮?dú)浠旌蜌庵谢爝M(jìn)了氧氣，引起了爆炸，使他放棄了這一危險(xiǎn)的實(shí)驗(yàn)。在物理化學(xué)研究領(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(jìn)行一系列實(shí)驗(yàn)，探索合成氨的最佳物理化學(xué)條件。在實(shí)驗(yàn)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，而是依靠實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)，終于證實(shí)了能斯特的計(jì)算是錯(cuò)誤的。在一位來(lái)自英國(guó)的學(xué)生洛森諾的協(xié)助下，哈伯成功地設(shè)計(jì)出一套適于高壓實(shí)驗(yàn)的裝置和合成氨的工藝流程，這流程是：在熾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(jìn)一步與水蒸汽反應(yīng)，得到二氧化碳和氫氣。然后將混和氣體在一定壓力下溶于水，二氧化碳被吸收，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(guò)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吸收除掉，從而得到了所需要的氮?dú)狻?/p>

　　氮?dú)夂蜌錃獾幕旌蜌怏w在高溫高壓的條件下及催化劑的作用下合成氨。但什么樣的高溫和高壓條件為最佳？以什么樣的催化劑為最好？這還必須花大力氣進(jìn)行探索。以楔而不舍的精神，經(jīng)過(guò)不斷的實(shí)驗(yàn)和計(jì)算，哈伯終于在1909年取得了鼓舞人心的成果。這就是在600C的高溫、200個(gè)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(huì)影響生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。哈怕知道合成氨反應(yīng)不可能達(dá)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(rèn)為若能使反應(yīng)氣體在高壓下循環(huán)加工，并從這個(gè)循環(huán)中不斷地把反應(yīng)生成的氨分離出來(lái)，則這個(gè)工藝過(guò)程是可行的。于是他成功地設(shè)計(jì)了原料氣的循環(huán)工藝。這就是合成氨的哈怕法。

　　走出實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，仍將要付出艱辛的勞動(dòng)。哈伯將他設(shè)計(jì)的工藝流程申請(qǐng)了專(zhuān)利后，把它交給了德國(guó)當(dāng)時(shí)最大的化工企業(yè)——巴登苯胺和純堿制造公司。這個(gè)公司原先計(jì)劃采用以電弧法生產(chǎn)氧化氮，然后合成氨的生產(chǎn)方法。兩相比較，公司立即取消了原先的計(jì)劃，、組織了以化工專(zhuān)家波施為首的工程技術(shù)人員將哈伯的設(shè)計(jì)付諸實(shí)施。

　　首先，根據(jù)哈怕的工藝流程，他們找到了較合理的方法，生產(chǎn)出大量廉價(jià)的原料氮?dú)狻�氫氣。通過(guò)試驗(yàn)，他們認(rèn)識(shí)到鋨雖然是非常好的催化劑，但是它難于加工，因?yàn)樗�與空氣接觸時(shí)，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(chǔ)量極少。哈怕建議的第二種催化劑是鈾。鈾不僅很貴，而且對(duì)痕量的氧和水都很敏感。為了尋找高效穩(wěn)定的催化劑，兩年問(wèn)，他們進(jìn)行了多達(dá)6500次試驗(yàn)，測(cè)試了2500種不同的配方，最后選定了含鉛鎂促進(jìn)劑的鐵催化劑。開(kāi)發(fā)適用的高壓設(shè)備也是工藝的關(guān)鍵。當(dāng)時(shí)能受得住200個(gè)大氣壓的低碳鋼，卻害怕氫氣的脫碳腐蝕。波施想了許多辦法，最后決定在低碳鋼的反應(yīng)管子里加一層熟鐵的村里，熟鐵雖沒(méi)有強(qiáng)度，卻不怕氫氣的腐蝕，這樣總算解決了難 題。

　　哈伯的合成氨的設(shè)想終于在1913年得以實(shí)現(xiàn)，一個(gè)日產(chǎn)30噸的合成氨工廠建成并投產(chǎn)。從此合成氨成為化學(xué)工業(yè)中發(fā)展較快，十分活躍的一個(gè)部分。合成氨生產(chǎn)方法的創(chuàng)立不僅開(kāi)辟了獲取固定氮的途徑，更重要的是這一生產(chǎn)工藝的實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)化學(xué)工藝的發(fā)展產(chǎn)生了重大的影響。合成氨的研究來(lái)自正確的理論指導(dǎo)，反過(guò)來(lái)合成氨生產(chǎn)工藝的研試又推動(dòng)了科學(xué)理論的發(fā)展。鑒于合成氨工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)和它的研究對(duì)化學(xué)理論發(fā)展的推動(dòng)，決定把諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予哈伯是正確的。哈伯接受此獎(jiǎng)也是當(dāng)之無(wú)愧的。

　　第一次世界大戰(zhàn)中的哈伯

　　一些英、法科學(xué)家認(rèn)為哈伯沒(méi)有資格獲取諾貝爾獎(jiǎng)，原因何在？有人曾認(rèn)為，假若沒(méi)有合成氨工業(yè)的建立，德國(guó)就沒(méi)有足夠的軍火儲(chǔ)備，軍方就不敢貿(mào)然發(fā)動(dòng)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(wú)法保證。當(dāng)然某些科學(xué)的發(fā)明創(chuàng)造被用于非正義的戰(zhàn)爭(zhēng)，科學(xué)家是沒(méi)有直接責(zé)任的。英、法科學(xué)界對(duì)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大學(xué)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)研究所所長(zhǎng)，同時(shí)兼任柏林大學(xué)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(ài)國(guó)熱情將哈伯深深地卷入故爭(zhēng)的漩渦。他所領(lǐng)導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)室成了為戰(zhàn)爭(zhēng)服務(wù)的重要軍事機(jī)構(gòu)：哈伯承擔(dān)了戰(zhàn)爭(zhēng)所需的材料的供應(yīng)和研制工作，特別在研制戰(zhàn)爭(zhēng)毒氣方面。他曾錯(cuò)誤地認(rèn)為，毒氣進(jìn)攻乃是一種結(jié)束戰(zhàn)爭(zhēng)、縮短戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)間的好辦法，從而擔(dān)任了大戰(zhàn)中德國(guó)施行毒氣戰(zhàn)的科學(xué)負(fù)責(zé)人。

　　根據(jù)哈怕的建議， 1915年1月德軍把裝盛氧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(yàn)獲得成功。該年4月22日在德軍發(fā)動(dòng)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(shì)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(dòng)），進(jìn)入戰(zhàn)壕并滯留下來(lái)。這股毒浪使英法軍隊(duì)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慌失措，四散奔逃。據(jù)估計(jì)，英法軍隊(duì)約有15000人中毒。這是軍事史上第一次大規(guī)模使用殺傷性毒劑的現(xiàn)代化學(xué)戰(zhàn)的開(kāi)始。此后，交戰(zhàn)的雙方都使用毒氣，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(guó)當(dāng)局都沒(méi)有估計(jì)到。然而使用毒氣，進(jìn)行化學(xué)戰(zhàn)，在歐洲各國(guó)遭到人民的一致遣責(zé)�？茖W(xué)家們更是指責(zé)這種不人道的行徑。鑒于這一點(diǎn)，英、法等國(guó)科學(xué)家理所當(dāng)然地反對(duì)授予哈伯諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。哈伯也因此在精神上受到很大的震動(dòng)，戰(zhàn)爭(zhēng)結(jié)束不久，他害怕被當(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(guó)失敗而告終。戰(zhàn)后的一段時(shí)間里，哈伯曾設(shè)計(jì)了一種從海水中提取黃金的方案。希望能借此來(lái)支付協(xié)約國(guó)要求的戰(zhàn)爭(zhēng)賠款。遺憾的是海水中的含金量遠(yuǎn)比當(dāng)時(shí)人們想像的要少得多，他的努力只能付諸東流。此后，通過(guò)對(duì)戰(zhàn)爭(zhēng)的反省，他把全部精力都投入到科學(xué)研究中。在他卓有成效的領(lǐng)導(dǎo)下，威廉物理化學(xué)研究所成為世界上化學(xué)研究的學(xué)術(shù)中心之一。根據(jù)多年科研工作的經(jīng)驗(yàn)，他特別注意為他的同事們創(chuàng)造一個(gè)毫無(wú)偏見(jiàn)、并能獨(dú)立進(jìn)行研究的環(huán)境，在研究中他又強(qiáng)調(diào)理論研究和應(yīng)用研究相結(jié)合。從而使他的研究所成為第一流的科研單位，培養(yǎng)出眾多高水平的研究人員。為了改變大戰(zhàn)中給人留下的不光彩印象，他積極致力于加強(qiáng)各國(guó)科研機(jī)構(gòu)的聯(lián)系和各國(guó)科學(xué)家的友好往來(lái)。他的實(shí)驗(yàn)室里將近有一半成員來(lái)自世界各國(guó)。友好的接待，熱情的指導(dǎo)，不僅得到了科學(xué)界對(duì)他的諒解，同時(shí)使他的威望日益增高。然而，不久悲劇再次降落在他身上。1868年12月9日哈伯出生在德國(guó)的布里斯勞（即現(xiàn)在波蘭的弗勞茨瓦夫市）的一個(gè)猶太商人家庭。1933年希特勒篡奪了德國(guó)的政權(quán)，建立了法西斯統(tǒng)治后，開(kāi)始推行以消滅“猶太科學(xué)”為已任的所謂“雅利安科學(xué)”的鬧劇，盡管哈伯是著名的科學(xué)家，但是因?yàn)樗�是猶太人，和其他猶太人同樣遭到殘酷的迫害。法西斯當(dāng)局命令在科學(xué)和教育部門(mén)解雇一切猶太人。弗里茨·哈伯這個(gè)偉大的化學(xué)家被改名為：“Jew。哈怕”，即猶太人哈伯。他所領(lǐng)導(dǎo)的威廉研究所也被改組。哈伯于1933年4月30日莊嚴(yán)地聲明：“40多年來(lái)，我一直是以知識(shí)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(guó)籍和民族，在我的余生，要我改變認(rèn)為是如此完好的方法，則是我無(wú)法做到的。”隨后，哈伯被迫離開(kāi)了為她熱誠(chéng)服務(wù)幾十年的祖國(guó)，流落他鄉(xiāng)。首先他應(yīng)英國(guó)劍橋大學(xué)的邀請(qǐng)，到鮑波實(shí)驗(yàn)室工作。4個(gè)月后，以色列的希夫研究所聘任他到那里領(lǐng)導(dǎo)物理化學(xué)的研究工作。但是在去希夫研究所的途中，哈怕的心臟病發(fā)作，于1934年1月29日在瑞士逝世。

　　哈怕雖然被迫離開(kāi)了德國(guó)，但是德國(guó)科學(xué)界和人民并沒(méi)有忘卻他，就在他逝世一周年的那一天，德國(guó)的許多學(xué)會(huì)和學(xué)者，不顧納粹的阻撓，紛紛組織集會(huì)，緬懷這位偉大的科學(xué)家。