从平衡测量到高压实验

弗里茨·哈伯(Fritz Haber,1868—1934)是研究化学反应热力学、催化与电化学的德国化学家。他在卡尔斯鲁厄开展的合成氨工作,并非只寻找一种能使氮、氢结合的物质,还要查明给定温度和压力下,反应究竟能够产生多少氨。

1905年,哈伯与加布里埃尔·范奥尔特发表平衡实验,分别从氨分解和氮、氢合成两个方向接近平衡,比较结果以排查装置和反应速度的影响。此后,他与罗伯特·勒罗西尼奥改进装置,回应能斯特关于测量值的质疑;1908年发表的研究包括加压条件下的测定。勒罗西尼奥在精密阀门和实验设备方面的贡献,是这项合作的重要部分。

参考:[1] [3]

催化剂不能代替平衡条件

合成氨实验需要同时处理反应速度与平衡产率。催化剂使反应更快接近平衡,却不能任意突破同一温度、压力下的平衡限制;加压有利于提高氨在混合气中的比例。若只测合成方向而尚未达到平衡,就可能把过低的产率误认为真实平衡值。哈伯与能斯特的分歧因此不仅是数字之争,也涉及如何证明测量可靠。

这些实验与热力学推算,使研究者能够判断高压下连续生产的可行性。不过,测出平衡条件、建立实验室装置,与建成能够持续运行的工厂,仍是不同层次的工作。

参考:[1] [2]

从实验室到肥料工厂

1909年,巴斯夫公司将工业放大工作交给卡尔·博施。难题包括高温高压氢气对钢材的破坏,以及当时尚无现成产品可用的反应器和配套部件。博施团队通过材料和设备设计解决这些问题,公司还于1912年建立材料测试设施。

1913年9月,巴斯夫在路德维希港地区投运工业合成氨装置,早期产物主要用于制造硫酸铵肥料。因而,哈伯的平衡与催化研究、博施组织的工程开发,以及工厂后续的肥料生产,应分别辨认,不能把整条技术链归于某一个人。

参考:[2]

战争研究与晚年离境

1911年成立的威廉皇帝物理化学与电化学研究所以哈伯为首任所长。第一次世界大战期间,研究所纳入军事体系;哈伯主动参与战争所需原料和化学武器研究,并在1915年的大规模毒气使用中承担领导角色。禁止化学武器组织将1915年4月22日比利时伊普尔附近的攻击列为现代大规模化学战的重要起点。

哈伯以化学手段服务战争,与其合成氨研究是并存的历史事实。农业应用不抵销战争责任,战争工作也不能替代对实验贡献的具体说明。他获得1918年诺贝尔化学奖。1933年,纳粹政府要求清退被其种族政策排斥的研究人员,哈伯提出辞职并离开德国。

参考:[3] [4]