哈伯和哈伯法合成氨

1、19世紀(jì)以前，一些有遠(yuǎn)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，我們必須寄希望于科學(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)曾是一個較難的課題，從第一次實驗室研制到工 業(yè)化投產(chǎn)，約經(jīng)歷了 150年的時間。1795年有人試圖在常壓下進(jìn)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(jìn)展，使人們認(rèn)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

2、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。這實際 上就為合成氨的試驗提供了理論指導(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，并提供了一些實驗數(shù)據(jù)。法國化學(xué)家勒夏特列第一個試 圖進(jìn)行高壓合成氨的實驗，但是由于氮氫混和氣中混進(jìn)了氧氣，引起了爆炸，使他放棄了這 一危險的實驗。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。哈伯首先進(jìn)行一系列實驗，探索合成氨的最佳物理化學(xué)條件。在實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，而是依靠實驗來檢驗，終于證實了能斯特的計 算是錯誤的。

3、在一位來自英國的學(xué)生洛森諾的協(xié)助下，哈伯成功地設(shè)計出一套適合于高壓實 驗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入水蒸汽，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 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

4、而不舍的 精神，經(jīng)過不斷的實驗和計算，哈伯終于在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(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，并從這個循環(huán)中不斷地把反應(yīng)生成的氨分離出來，則這個 工藝過程是可行的。于是他成功地設(shè)計了原料氣的循環(huán)工藝。這就是合成氨的哈伯法。當(dāng)哈伯的工藝流程展示后，立即引起了早有用戰(zhàn)爭吞并歐洲稱霸世界的野心的德國軍政 要員的高度重視，

5、為了利用哈伯，德國皇帝也屈尊下駕請哈伯出任德國威廉研究所所長之職。 而惡魔的需要正好迎合了哈伯想成為百萬富翁的貪婪心理。從1911年到1913年短短兩年內(nèi)， 哈伯不僅提高了合成氨的產(chǎn)率，而且合成1000噸液氨，并且用它制造了 3500噸烈性炸藥 TNT.到1913年的第一次世界大戰(zhàn)時，哈伯為德國建成了無數(shù)個大大小小的合成氨工廠，為 侵略者制造了數(shù)百萬噸炸藥因而導(dǎo)致并蔓延了這場殃禍全球的世界大戰(zhàn)。當(dāng)事實真相大白于天下時，哈伯受到了世界各國科學(xué)家的猛烈抨擊，尤其當(dāng)他獲得1918年諾貝爾化學(xué)獎時，更擊起了世界人民的憤怒。哈伯的工作對化學(xué)的進(jìn)步，以 及對農(nóng)業(yè)發(fā)展和人類生活所作的貢獻(xiàn)是不可磨滅的。他因為

6、攻克氨的合成這一世界難題，將無數(shù)人從饑餓的死亡線上拯救出來；他也因發(fā)明 大量化學(xué)武器并用于戰(zhàn)爭，使無數(shù)人傷殘致死；他是諾貝爾化學(xué)獎得主受人尊敬，他也是戰(zhàn) 爭魔鬼遭人唾罵。劃時代的化學(xué)天才弗里茨哈伯1868年12月9日出生于德國一富商家庭。他在讀書期間就顯現(xiàn)出巨 大的化學(xué)天賦，23歲那年，德國皇家科學(xué)院破格授予他化學(xué)博士學(xué)位。哈伯從1904年開始進(jìn)行合成氨的試驗。此前已有無數(shù)科學(xué)家從18世紀(jì)中葉就開始 這一努力，歷經(jīng)一個半世紀(jì)，仍研究未果。1906年，哈伯在600C高溫、200兆帕高壓條件下，用鋨作催化劑，以電解水生成 的氫和大氣中的氮為原料，成功得到了氨濃度為6%8%的產(chǎn)率。1909年，他又用

7、原料氣循 環(huán)使用的方法，成功地解決了氨、氮混合氣率不高的問題。1914年哈伯建成一座日產(chǎn)30噸 合成氨的工廠。哈伯的發(fā)明震動了全球化學(xué)界，并產(chǎn)生劃時代效應(yīng)。他的發(fā)明使大氣中的氮變成生產(chǎn)氮 肥的、永不枯竭的廉價來源，從而使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)依賴土壤的程度減弱。哈伯因此被稱作解救世 界糧食危機(jī)的化學(xué)天才。喪心病狂的毒氣彈魔鬼就在哈伯建成氨工廠這一年，一戰(zhàn)爆發(fā)。哈伯是一個狂熱的民族主義者。他完全效 忠于德皇，將其所有的才華投入到毒氣彈的研制和使用中。1914年9月，哈伯向德軍參謀本部提出了一條滅絕人性的建議：用他研制的化學(xué) 武器打開缺口。德軍在哈伯的指導(dǎo)下很快建立了世界第一支毒氣部隊。1915年4月，哈伯親臨

8、前線指揮毒氣彈的施放。大量的鋼瓶氯氣飄向聯(lián)軍陣地。 這場化學(xué)戰(zhàn)首開了人類戰(zhàn)爭史上將毒氣彈用于實戰(zhàn)的先例。聯(lián)軍1.5萬人中毒，其中5000 人死亡。哈伯的行徑立即遭到無數(shù)仁人的指責(zé)。他妻子克拉克哈伯反對最為強烈。但此時 的哈伯已喪心病狂，完全被所謂的民族主義蠱惑，聽不進(jìn)去任何勸告。他妻子萬念俱灰，憤 而自殺。妻子的死并沒能喚起哈伯的良知，他反而變本加厲。1915年12月，哈伯指揮他的 毒氣部隊對伊普爾地區(qū)的英軍施放毒劑，造成英軍1000余人中毒；1917年，他又指導(dǎo)德軍 對英軍進(jìn)行首次芥子氣攻擊，10天內(nèi)使英軍1.4萬人中毒。遲到的懺悔毒氣彈在戰(zhàn)爭中一次又一次慘無人道的災(zāi)難性殺傷，使哈伯越來越受到世界愛好和 平的人民的強烈譴責(zé)。在這種譴責(zé)下，哈伯終于開始反省自己對人類文明犯下的滔天大罪， 內(nèi)心十分痛苦。1917年，他毅然辭去他在化學(xué)兵工廠和部隊的所有職務(wù)，以向那些在毒氣 彈中痛苦死去或終身殘廢的人謝罪。但哈伯的懺悔已太遲了。整個一戰(zhàn)中，有130萬人受到化學(xué)戰(zhàn)的傷害，其中有9 萬人死亡，幸存者中約有60%的人因傷殘離開軍隊。這些都與哈伯研制化學(xué)武器、指揮化 學(xué)戰(zhàn)有關(guān)。1919年，瑞典科學(xué)院考慮到哈伯發(fā)明的合成氨對全球經(jīng)濟(jì)巨大的推動作用，決定給哈 伯頒發(fā)1918年唯一的諾貝爾化學(xué)獎。消息傳來，