毁誉参半：哈伯发明合成氨技术丨科学史小画_风闻

一袋雪白的化肥撒入农田，一片金黄的麦穗随风摆动。化肥推动了农业的发展，而化肥的生产先要合成氨（氨是化肥的有效成分）。这就不得不提起一位化学家：弗里茨·哈伯。

哈伯出生于德国，父亲是德国最大的天然靛青染料进口商，家庭环境使他从小就对化工业十分着迷。1891年，哈伯在弗里德里希·威廉大学获得博士学位。1894年，他进入卡尔斯鲁厄大学任教，1906年成为教授。正是在卡尔斯鲁厄大学期间，哈伯完成了合成氨的研究。

哈伯并非是首个开展合成氨研究的化学家，在他之前，奥斯特瓦尔德、勒·夏特里、能斯特做了一些开创性尝试。遗憾的是，由于一些实验数据的错误，这三位化学家都没能取得实质性进展。1904年，哈伯开始研究氨的平衡，这是批量合成氨的关键技术。他用铁作为催化剂，在1020℃高温下常压合成氨，成功得到0.005%-0.012%浓度的氨。氨的浓度到底选取哪一个数值呢？哈伯选取了最具竞争力的上限值0.012%，这一选择也使他后来饱受争议。

热力学第三定律的发现者能斯特首先对哈伯的数值表示质疑。因为按照他的理论计算结果，氨的浓度仅为0.0032%，远低于哈伯的0.012%！他认为哈伯的实验夸大了氨的含量，并嘲讽道：“我想建议哈伯教授能够采用正确的方法计算（氨）含量。”受到讥讽的哈伯就像一头被激怒的斗牛，迅速扎入研究中，夜以继日地努力钻研。

功夫不负有心人，哈伯成功找到了合成氨的方法：将氮气和氢气在600℃的高温和200个大气压的环境下，加入锇作为催化剂，得到6%的氨，并将反应后的气体在高压下循环，不断生成氨，这就是哈伯法循环制氨工艺。

1909年7月2日，一台每小时连续生产80克氨的小型合成氨试验装置在哈伯的实验室中诞生：液化了的氨从装置中点点滴落——这标志着合成氨技术的发明。从空气中分离氮素，哈伯使人类从此摆脱了依靠天然氮肥的被动局面，也因此推动了世界农业的发展。合成氨技术使他荣膺1918年诺贝尔化学奖。

但人们对哈伯的成就毁誉参半，一些科学家甚至认为哈伯不配享此殊荣。为什么呢？原来硝酸是制备炸药的重要原料，在合成氨技术发现之前，硝酸只能从天然硝石中提取。军火的制备受限于智利出口硝石的数量，这制约了战争的扩大化。一战期间，哈伯担任德国新成立的凯撒·威廉物理化学及电化学研究所所长。在哈伯推动下，奥堡合成氨工厂与德国政府建立了合作：改造氨工厂，每月生产5千吨硝酸钠供军方使用。这一合作使得德国军火的储备稳定，大大增强了德国的战斗力。

合成氨技术既可以用于生产造福于人类的化肥，亦能为毁灭性炸药提供原料。之后，深感愧疚的哈伯主动辞去了化学兵工厂的所有职务，离开德国，于1934年逝世。

作者：秦显韩，系中国科学院大学人文学院科学史系博士生

来源：中国科学院大学