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1、化学家波施波施,全名卡尔·波施,德国化学家。公元 1874 年 8 月 27 日生于德国科隆。1894 年进入夏洛滕堡工业大学学习冶金学和机械工程学。1896 年转入 莱比锡大学攻读化学。1898 年在奥斯特瓦尔德指导下获博士学位。18981899 年为有机化学家约翰尼·韦斯莱斯诺斯的助教。1899 年在路德维希港任 巴登苯胺纯碱公司工程师,1919 年升任该公司总经理。1925 年任染料工业股 份有限公司第一任总经理,1935 年任公司董事会主席。1937 年被选为德国威 廉·凯撒学会会长。1940 年 4 月 26 日逝世于德国海德堡。波施于 19
2、31 年获诺贝尔化学奖。其获奖原因是,他改进了高压合成氨的 催化方法,实现了工业化合成氨,在研究和发展高压化学方面做出了贡献。 他还进行合成燃料的研究工作、合成出甲醇和从煤中制取汽油。他的研究工 作推动了尿素、甲醇等高级醇类物质的合成和石油加氢工业的发展。一、童年鲍拉·波施太太用毛巾擦干净几个盘子,又晾上洗好的毛巾,然后就坐 在沙发上,想休息一下。节假日虽然能给全家人带来欢乐和愉快,可是假日 一结束,打扫呀,收拾呀,总得花去她许许多多的精力,花去她几个小时的 时间,因为,全家的里里外外都得由她一个人去整理安排。过完了圣诞节,又要过新年,日子无尽地流逝着,她也就天天没完没了地操心这
3、个,惦记那个。卡尔·波施是科隆市一位知名的商人。这是个殷实 富户,家里相当有钱,可是他们家里从来没有雇用过仆人。老卡尔太太宁愿自己操劳家务,因为她对谁也不相信。眼前,就在她坐下来休息的这功夫,她的脑海里又转动着那些已经成为习惯的念头。应当把 卡尔的衬衫改改,好给小孩子们穿。鲍拉太太找到一个装旧东西的大包袱, 里边整齐地叠放着干干净净的衣物,随后她来到二楼的走廊,那里摆着一台 缝纫机,这缝纫机可有年头了。可是,在原来的地方已经没有缝纫机了。鲍拉太太觉得很纳闷,不过她立刻猜到了: 这一定是她大儿子卡尔干的事(他就是我们的主人公),因为只有他才会想出这种点子来。怪不得从午饭后他们就一直
4、没露面。鲍拉太太迅速爬上四搂,说不定孩子们正躲在那里玩呢。果然孩子们干脆都坐在地板上,他们 玩得着了迷,连鲍拉太太进来,他们都没发现。只见卡尔手里拿着螺丝刀正在敏捷地把螺丝钉一个个地往下卸,然后又 把缝纫机上的传动杆、手柄和大小齿轮、滑轮逐个拆下来。这样,好端端的 一台缝纫机就变成了一堆零件。艾米尔和格尔曼两个人目不转睛地瞧着大哥 的一举一动,他们又高兴又钦佩,钦佩的是大哥能将一架缝纫机拆成一件一 件的,高兴的是他们从中获得快乐!“卡尔!”鲍拉喊道,“你看看,你干的是什么!走,马上跟我到爸爸 那儿去!我看,这一回要不狠狠地教训你一顿才怪呢?”卡尔这时才开始把那些扔得满地都是的缝纫机零件一个一个
5、地捡到一 起,然后把螺母逐个拧紧。但是,怎么也装不好。别看这台小机器,就连爸 爸自己装,也要花不少的劲呢!他弄了整整一天才装好。小卡尔直挺挺地站 在爸爸旁边,一面留神看着,一面用心记着。“这只螺丝钉应当安在这个地方。喂,把钳子递给我!?” 卡尔从很小的时候起就学会了使用钳工和木工的各种工具。在他的心目中,哪儿也不如爸爸店铺旁边的那家小工厂里有意思。工厂的师傅们钳 工、装配工和细木工经常教给小卡尔如何使用各种不同的工具去干活, 而且他们都很愿意帮助他学艺。逐渐地卡尔就能干些比较复杂的活计了。譬如,他决定制做一只采集昆 虫标本的木箱,养活青蛙和蚯蚓的“小房子”。到了冬天,卡尔制做了一个 有供暖装置
6、的特殊饲养箱:他在厨房的炉灶里安装了一只小巧的加热器,然 后让热水管进入饲养箱内。难度更大的要算是他制做的一套玻璃鱼缸装置 了。因为这套装置不仅能使玻璃鱼缸里的水维持一定的温度,而且还能补充 水中的空气。这些箱子和装置是卡尔从爸爸的店铺里找来材料,再用各式各 样的工具,自己独立制做出来的。鲍拉·波施细心关注着儿子所迷恋的每一件事物,当他发现儿子的熟练 技巧和对技术的热爱,心里充满了喜悦。“卡尔将来会成为一个了不起的技 术行家的,他也一定会继承我的事业,日后把家业越搞越大。”爸爸这样想着,可是这个小卡尔打算走的路,却和爸爸想的完全不 一样。二、学生时代在学校上学的时候,卡尔最喜欢的
7、是化学,这门科学在小卡尔面前展示 了无限广阔的前景,给他添加了新的幻梦,于是,在他原有的各种爱好中, 又增加了一个爱好。为了使动物不受损害,他把单独的一间房改装成一个化学实验室。他们家住的是一座大楼房,卡尔的父母索性把三楼全部交给他支配。然而要筹备 一个化学实验室可不是一件容易的事。这跟制做一只加热器,或是做一个玻 璃缸上用的换气泵相比,完全是两码事。要装配一个实验室,就必须购置各 种仪器和化学药品,所以没有钱是不行的。可是爸爸一般是不允许有任何不必要的花费的,而妈妈在这方面就更严了;她甚至把几分几厘的零星开销都一笔不漏地登写在自己的家务记事簿 上。“人生要取得成就,必须学会珍惜金钱。”卡尔的
8、爸爸说道。卡尔也懂得爱惜金钱。他把逢年过节别人送给他的每一分钱都积攒起 来。有时候他自己还挣一点钱,比如他在爸爸的店铺里帮忙干些活,爸爸便 按同工同酬的办法给他工钱。虽然小伙子的“资本”增加得很慢,但是最终 还是攒足了 3 马克。他手里攥着这笔钱径直跑到列鲍尔德的店铺里。这里真 是样样俱全,什么都有:实验室用的玻璃器具、陶瓷器皿、各种金属仪器和 吸引人的化学药品。列鲍尔德先生把卡尔要买的东西一样样地放在柜台上面,随后卡尔把他 买的物品整齐地摆放在篮子里。“我觉得,您做得多少有失分寸吧,卡尔先生,”列鲍尔德一边说着, 一边把帐单递了过来,“总共 15 马克 80 芬尼。”卡尔还不习惯别人用这种称
9、呼对待他,因此感到受宠若惊,但是当他听 到应付的钱数之后,他的脸立刻变得苍白。怎么办呢?难道要就此罢休不成?他把手心里的 3 马克攥得更牢了,尽量保持平静的神色,说道: “我请求您把这批东西连同发票全部送到我家里,钱么,肯定都会给您付清的。” 这笔钱的数目使鲍拉·波施太太大为吃惊,因为这相当于她全家两个月的生活费。可是列鲍尔德店铺送货来的一位职员向她解释说,这些仪器和化 学药品都是难得买到的贵重物品,利用它们可以做许多非常有趣的实验;何 况对于拥有一家受人敬重的大商行的波施先生来说,这笔钱真是微不足道。 为了珍惜商行的名声,波施太太只好如数付了款。但是她心里暗自盘算,非 好好教训
10、卡尔一顿不可。然而当儿子知道家里已经把钱付了的时候,他高兴极了,一双蓝色的眼 睛闪烁着喜悦的亮光,此情此景使妈妈非但不忍心斥责儿子,而且转怒为爱。 卡尔挽着妈妈的手臂,把她领到自己的实验室里,他想把一门日新月异的科 学化学讲述给妈妈听,并且将物质的各种奇妙变化表演给她看。虽然妈妈对孩子们十分严厉,但是他们非常乐意跟妈妈谈心,把自己的 打算和幻想告诉给她。卡尔非常喜欢这种坦率的、敞开心扉的交谈。他告诉 妈妈,他从化学书里学到了哪些知识,他是如何为化学中存在的难题而焦急 不安的,以及当他从书上知道这门科学所取得的成就,特别是读到那些已经 运用到工业生产中去的种种发明创造的时候,他又是如何欣喜若狂的
11、。但是,卡尔所迷恋的志趣却不合乎爸爸的口味。老波施先生对化学持怀疑的态度。他认为,只有冶金这个行业是最值得重视的,其它都不能与之相 比。在老波施的店铺里,各种金属制品是他们的主要商品,所以对于这类制 品的用途和作用了解得最清楚。因此,临到该决定儿子未来前途的时候,他 虽然勉强同意卡尔选择化学作为未来的职业,但是有一个条件,那就是,卡 尔必须研究与冶金学关系密切的各种化学问题,即冶金学中的化学。“我看,你在进工科学校学习之前,最好先到冶金工厂里去实习一个阶段,这样可以使你对于今后毕生从事的工作,有一个深入细致的认识和了 解。”爸爸向他提出了建议。“好,我同意,不过工厂能让我这样做吗?”卡尔问道。
12、“这不用你操心。咱们店铺的商品主要都是由柯岑纳乌的一家冶金工厂 供应的。我和这家工厂的厂主哈斯先生有私交,我想,把你安置在他的工厂 里工作是不会有什么困难的。”1893 年的夏天,卡尔进入冶金工厂实习。要求他在一年的时间里把工厂所有的车间都体验一遍:要当模型工、铸工、钳工。无论哪个工种规定的活 计,卡尔都干得又快又好。另外,他还利用其他时间,做了不少小件的手工 制品,都是他采集动植物标本用得着的一些东西和工具。有一回,卡尔得到车间的允许,拿了几块梣木板子,没过几天,他用它 做好一副滑雪板。在希列吉亚,也就是工厂的所在地,人们把滑雪板看成是 一种稀罕的新玩艺儿。工人们怎么也不能相信踩着这种弯曲的
13、木头板居然还 能滑动。因此,当卡尔拿着自己做的滑雪板到离他们工厂最近的一座小山上 去滑雪时,竟吸引了几十个好奇的人去看热闹。卡尔滑雪的技术虽然算不上 是最好的,但是他还滑得不错。“卡尔这小伙子真棒!”工人们异口同声地说,“像他这样的才真能出 息成好样儿的呢,无论什么事到他手上都干得非常出色。”实际上,卡尔只要动手做一件事,不论遇到什么样的困难,他总会一一克服,有始有终地做出成绩来的。经过一年的学习之后,他参加了实习考试, 考试内容是让他制做一个铸件的模型。他自己浇铸一个立方体的钢块,然后 再进行抛光和磨光,老师傅给他的活儿打了一个满分,于是卡尔带着毕业证 书铸工、钳工技术合格证书回到了家。现在
14、,他通过实践对冶金学有了了解,而发展科学和技术的过程中,金 属将会起到十分巨大的作用。1894 年秋,卡尔来到萨尔廷堡,他准备进那里的一所高等工业专科学校 学习,他读的是冶金与机械制造专业,这个求知好强的青年人,学校里开设 的各种不同学科的课,他都去上,真是五花八门,样样都有:冶金学、化学、 植物学、动物学、昆虫学。还是在工厂里实习的时候,卡尔就多少懂得一点 金属加工的道理,现在当他认真地学习了这方面的理论之后,倒大失所望。 “难道这门科学就是这个样子吗?”他感到遗憾,“我利用种种复杂的 公式,经过几个小时的计算,最后得出一个结果,然后把计算的结果放大到原来数字的五倍,以便确信金属能经得住?”
15、 “看来,想必如此。”爸爸开导他说。 “完全不对!推导公式的人对于公式是否正确并没有把握。而我的师傅汉茨,什么公式也不用,可是他什么样的齿轮都能做出来,而且他制的齿轮 能经得住任意的负荷,毫无问题。”“单凭实践这一方面,终究是不会有什么结果的。”“这个我不懂,爸爸,不过目前我也没有什么可说的。然而您可知道, 无机化学就完全是另一码事。柳道夫教授在课堂上所讲的内容,都可以在实 验室里进行验证,用实验去证明他讲授的理论。而光谱分析,则是我从伏格 尔教授的讲课中学到的一种方法,那才真是一个既准确又别致的方法呢!” 他们两人都沉默下来,谁也不再说话。可是每个人都各有心思。爸爸不能理解儿子的心情,而儿子
16、的脑子思考的却是遥远的未来。“暑假我还要回到冶金工厂去,想具体深入地了解一下高炉的工作情 况。”“我试着帮你联系一下克鲁普的冶金厂,因为他离科隆不远。”在克鲁普工厂实地了解了几个礼拜之后,再次说明,在学校的课堂上和 实验室里所讲授的内容,与各种宏大的工业设备之间实际上存在着很大的差 别。譬如,拿炼铁来说吧,在学校的实验室里,那是非常简单的实验。可是, 到了工厂,情况就大不相同:这里是成百上千吨的矿石、整车厢整车厢的焦 炭,堆积如山的沙子和石灰石、巨大的高炉。工业,这并不意味着把科学技术成果在实际中简单地再现。工业是一个 最复杂的机构,它需要技术精湛的专家,需要天生就有创造性智慧的人们参 加进来
17、。说不定,有朝一日他自己也会成长为这样一位专家。三、落户巴登公司卡尔回到萨尔廷堡之后加倍努力学习。随着他对于冶金学和金属学中各 种问题的研究日益深入,他也就越加感到失望。理论和实际简直相差十万八 千里!“学习冶金学没什么好处,还不如攻读一下化学更好些。” 在工业专科学校里,化学专业的教学力量一般是比较薄弱的,只有在大学里,才能受到正规的良好的培养。1896 年秋天,卡尔转到莱比锡一所大学 的化学实验室里从事研究工作。他的导师是约翰内斯·维斯利岑努斯教授。 这位新来的大学生很快就引起了教授的重视,因为他热爱劳动,具有较丰富 的知识和一双特别灵巧的手。教授表示愿意给卡尔拟定一篇博士论
18、文的题 目。波施先开始研究的一种物质是:丙酮二羧酸二乙酯与溴代苯乙酮缩合的 产物。维斯利岑努斯推测这个化合物的分子是个 7 元环的结构。通过研究, 卡尔确定这个缩合产物的分子是个带侧链的 6 元环。青年研究家的这项发现 不仅表明他具有进行复杂实验的本领,而且不受先入为主的种种说法的影 响,具有完全独立地解决问题的能力。博士生的毕业考试刚一结束,维斯利岑努斯就推荐卡尔·波施留校,做 他手下的一名助教。科学研究工作这是每个青年研究工作者的梦想。但是,富于热情和激昂性格的卡尔并不喜欢大学实验室里那种安谧、宁 静的气氛。他喜欢实践活动工业生产。因为工业生产同样需要创造性人 材。维斯利岑努
19、斯建议波施到巴登苯胺纯碱公司去工作。这是德国一家历史 悠久的化工企业,同时也是全德国规模最大的。这家公司之所以享有特殊的 声誉,主要是因为它把阿道夫·拜耳提出的人工合成靛蓝的方法实现了工业 化生产。像巴登公司这种大型企业任何时候都需要专家来厂工作,所以,卡 尔·波施就被工厂录用了。1899 年秋天,他开始在巴登苯胺纯碱公司设在路 易港的厂部中心化学实验室里搞研究工作。公司交给他第一项研究任务是提供一种合成染料的重要中间体,结果他出色地完成了任务。因此,靛蓝合成车间的主任鲁道夫·克尼契博士便把他 调到自己的身边邻苯二甲酸酐生产车间。波施在这里首次接触到了
20、工业化学。人工合成靛蓝需要的全部原料都是在工厂里生产出来的。合成邻苯二甲 酸酐所需要的硫酸在这里是利用克尼契博士发明的新方法,即接触法生产 的。在接触室里,二氧化硫在铂催化剂的作用下,被氧化成硫酸酐。萘氧化 成邻苯二甲酸酐的过程也是利用金属汞作催化剂才得以实现的。这种氧化方 法是由奥汉查培尔博士提出的。克尼契博士这位在公司里被大家称为“红似火的首脑”的人确是一位名副其实的化工天才。他毕业于萨尔廷堡工学院,对金属工艺学和化学的 钻研尤为深透。因此,他能够创造出规模如此庞大的接触设备和热交换装置, 为工业提供了又一种新颖方法,这也绝非偶然的。在较短的时间里,波施对工艺过程的各个细微奥妙之处都进行了
21、学习、 探讨。同时他还了解了作为难题的“症结”所在,并且进一步认真地思考克 服这些难关的种种办法。他的一项内容重要、言之成理的建议立刻改变了他 在公司中的地位。事情的发生完全出乎人们的意料之外。有一天波施接到通知,叫他到克 尼契博士的办公室里去一下。看样子克尼契正因为某件事显得情绪特别激 动。他稍稍点了一下头,就径直地转入正题。“我刚从经理处来,波施博士。经理那儿来了一位威廉·奥斯特瓦尔德 教授。您不是在莱比锡上过学吗,您认识他吧?”“我多少知道一点。我当时在第一化学实验室工作,而奥斯特瓦尔德教授领导的是第二化学实验室。他主要从事催化方面的研究。” “我正是为此才请您来的,奥斯特
22、瓦尔德教授研究出一种用氮和氢经催化作用直接合成氨的方法。”在研究催化过程方面,奥斯特瓦尔德的确取得 了更大成就。他与部里的人交谈时偶尔得知,硝石问题是德国的一个重大问 题。智利硝石价格昂贵,供应缺乏保证,而且硝石又是战略原料,是制造炸 药的必需品,因此必须开办工厂,在国内生产硝石。用空气制取氮的设想早已变成现实,可是怎样用游离氮来制取硝石呢? 这就要求首先研究出一种能使氮、氢化合的催化方法。全面的研究开始了。一方面,要掌握合适的条件和催化剂,通过最简便 的、最经济的氮氢合成法来制取氨。另一方面,还要研究有无可能把氨氧化 成一氧化氮。有了一氧化氮,制取硝酸和硝石就好办多了。因此,任务集中 在两个
23、主要问题上,一是制氨,二是制硝酸。合成氨的研究工作进行得相当缓慢,而把氨氧化成硝酸的问题却解决得 非常成功。主要实验都是哈里,也就是埃贝哈德·鲍尔博士负责进行的。他 后来成了奥斯特瓦尔德的女婿。鲍尔博士在短时期内顺利完成了使氨发生氧 化的研究工作。在进行最初几次实验时,就发现可用铂铱合金作为催化剂。 后来在“法本工业康采恩”的协助下,把氨氧化成一氧化氮的接触法开始用 于工业生产。克尼契讲到这儿,稍停顿了一下,接着说:“为出售这项方法的转让权,他要公司付给他 100 万马克。这可是一笔高得出奇的巨款,不过经理处倒是 准备买下来,如果这个方法是可靠的话。化合态的氮对于我们来说,就如同
24、 空气一样地必需。为此,我们德国每年不得不进口几十万吨的智利硝石。如 果我们把合成氨搞成功了。那么,我们不仅能够满足我国农业所需要的硝石, 而且还可以把自己的硝石外运出口。波施博士,这可是几百万,甚至几千万 马克的收入啊!”卡尔·波施彬彬有理地听完克尼契的谈话,但是他弄不清克尼契安排这次谈话的目的何在。 “经理处委托我验证一下奥斯特瓦尔德教授的方法,”克尼契接着说,“我现在想把这个任务交给您去完成。您认为什么地方合适,就在什么地方干,在实验室或者工厂都行。” 波施由于心情激动,脸颊泛起了红晕,时机到底等来了!这个建议证明领导承认他是有才能的。现在,他应当不惜任何代价地努力完成任务
25、,以便不辜负大家对他的期望。 设计实验装置对他来说毫不困难。无论是在车床上或者是在吹玻璃的煤气灯上,他都能操作自如。最初的一套装置结构比较简单粗糙,但是各项基 本条件都符合要求。为了保证气体进入的流速均匀,波施利用自行车的打气 筒输气。装在玻璃管里面的螺旋铁丝,从外面用若干煤气灯对它加热。这个 螺旋丝是个极好的催化剂,它可以把氮氨分解成氮和氢,可是如果让氮和氢 的混合气体从它的上面通过,却得不到氨。不论实验结果是否令人宽慰,反 正得把结果向经理处汇报。奥斯特瓦尔德教授在得知波施的实验失败之后,亲自跟他谈话,并就合 成氨的有关问题做了某些说明和解释,他确有把握地认为,在波施做实验的 过程中,肯定
26、有什么地方出了差错。“波施博士,有一点我请您注意,这个过程可是一个平衡的过程,”奥斯特瓦尔德说道,“往装有催化剂的管子里通进去气体之后,在所得到的气 体混合物里,氨的含量为 6%。”“这与通入气体的速度有关系,”波施打断了他的话这样说道,“当气 体的流速不大时,氨几乎全部分解为氮气和氢气,如果我们在同样的催化剂 的上面通入氮、氢的混合气体,则不会有氨生成。”“您在实验里用的是什么样螺旋丝啊?” “就是用铁本身做成的螺旋丝,这正是按您的建议做的,奥斯特瓦尔德先生”。 “可是用我做的螺旋丝,过程却进行得很正常嘛!”奥斯特瓦尔德用一种怀疑和不信任的目光瞧着波施。 他紧接着就去找经理去了:“贵厂十分轻
27、率地就相信了一个没有什么经验的人所做的实验结果。我 本想亲自把他的实验全部检查一遍,可惜我又没有时间。您如果认为我的建 议是不能接受的,我可以放弃我的建议,我再到别处推荐去。不过为了避免 误解,我准备再把我做的螺旋丝给您寄来,您不妨用我的螺旋丝试试,把实 验再重复一遍怎么样?”从莱比锡寄来的螺旋丝收到了。一开始,用它做实验,得到的结果是对 头的,即正结果,但是经过几次实验之后,它又不起作用了。对经理处来说, 问题已经解决。但是波施的心情却一直无法平静下来。难道像奥斯特瓦尔德 这样杰出的科学家也会弄错了吗?是不是因为他们忽略了某个细节,结果导 致失败呢?一连好几天,波施坐在图书馆里流连忘返。他细
28、心地查阅一切有关氨的分解和铁在氨里、氮里以及其他气体中的性质的书刊和文章。他把查出的大 量事实做了比较和系统地归纳之后,终于弄清了应当如何正确地解释奥斯特 瓦尔德的实验结果。卡尔赶紧去找克尼契博士,以便把自己的想法告诉给他。 “奥斯特瓦尔德先后用的是同一根螺旋丝,”波施说,“他先在它上面 通过去的是氨,然后通过去的是氮和氢的混合气体。高温下在氮气的介质中 铁生成了氮化物,后者在受到氮氢混合物中氢气的作用后,便发生分解,于是又产生出氨气来。这正是我们多次失败的原因所在呀!”“据我所知,铁在氮气介质里加热也能生成氮化物。”克尼契博士说。 “这正是我的想法的另一个方面,也是我准备跟您交换的一点意见。
29、我 们能否找到一种条件,使金属粉末变成氮化物,再用氢气处理金属氮化物而生成氨。”“您完全有条件通过实践去验证您的上述设想,波施博士。经理处给您 提供完全的行动自由。我们准备把邻苯二甲酸酐车间所属的实验室拨出一个 归您支配。在那里的地下室内有一个小工厂也可以归您自己使用,另外在最 近我们还要给您几名助手支援您的研究工作,以便能取得更大成绩。”波施听后十分激动,克尼契博士接着又说道: “布隆克经理(德国有机化学家,研究过染料的合成和染料性能方面的问题。布隆克还是一位有名的化学史专家,他曾撰写过靛蓝的制造史)认为 您应当研究一下硝酸制法的改进问题。目前使用的这个方法最早是由毕凯兰 和艾德二人提出的。
30、这里有许多问题极需解决。譬如降低电能消耗问题;增 加氮氧化物的产量问题;提高氮氧化物被吸收的程度问题等等,您可以看出, 主要的问题是如何把空气中的氮固定成化合态。”展现在波施眼前的是一幅无限广阔的发展前景。公司已为他运用自己的 理论知识和实践经验、为他在科学思想上实现突飞猛进的志愿提供了条件。 而克朗茨师傅则是他了不起的好助手。波施在研究工作上的最大特点就在于 高度的精确性,而在化学仪器装置的设计中,最重要的一项要求也正是精确 性。除了在实验室里进行各种实验之外,波施同时还为建造更加完善的新装 置、新设备多方奔走,四处张罗,他正是从这两个方面继续进行自己的科学 探索。他们还实现了把氮固定成氨的
31、其它几种工业方法。其中有一种是生成 氮化物中间体的方法,关于此法,他已和克尼契博士谈过。还有一种可能的 方法氰氨化物合成法,事实证明此法也很可靠,只不过从氰氨化钙里制 取氨,需要的成本极高,因此,氰氨化物合成法不可能用于大规模的工业生 产。波施连一分钟的空闲都没有。原来,他身兼数职。他必须到安装着生产 硝酸的设备那里去,以便详细观察反应进行的情况;他又得到克朗茨师傅的 小工厂里去,亲自核对每部分的新图线;此外,他还需要去实验室看看,因 为那里正在实验各种方案。他提出不少新办法,既比较可行,且经济效益较 好。每当他感觉到精力快要不支的时候,他就找来几个铁盒子,带着抄网和小铲子,骑上自行车,直奔城
32、外到墨尔汉姆附近的沼泽地去,或者是来 到莱茵河的岸边,采集各种甲虫,蜗牛或者各类水生昆虫等等,作为他尚未 收藏齐全的动物标本。这项活动使他身心感到舒畅愉快,疲劳顿时消失,他 又重新充满了活力。有时候,波施到他的朋友们的宿舍里去串门。大家欢快 地说到深夜,可是第二天清早他必定准时到公司上班。时间悄悄地流逝着。直到返回故乡过圣诞节的时候,波施才发现年复一年过得太快了。他真的看到了这一点:母亲头上布满斑斑白发,小妹妹鲍拉 长得那样高大她如今已不是过去那个令人发笑的小女孩,竟变成一位端 庄匀称、美丽可爱的大姑娘了。他的女友艾丽莎的变化更是令人惊讶。她本 来是个翘鼻子的小学生,那时候卡尔扯着她那一对小辫
33、子,手上还拿黑色的 大甲虫吓唬她呢!现在,跟妹妹一起走进来的艾丽莎完全变了模样,仿佛换了个人,一个文雅、体面和充满自尊的漂亮小姐。艾丽莎是一位具有独立性格的、坚毅果 敢的姑娘。她弄到一辆自行车,于是就放心大胆、无忧无虑地在科隆大街上 骑着车到处转,根本不留意过路的人投向她的愤懑的目光。“一个姑娘居然 还骑自行车?这成何体统!”端庄持重的夫人、太太们愤忿地议论道。 然而,大家不久对此就都习惯了,而且胆子大一点的姑娘甚至也骑车上街, 效仿起艾丽莎来。自从和艾丽莎这次相见以后,波施常常到科隆来,他俩一起骑着自行车 到城外去玩,举行自行车竞赛,采集动物标本。波施每次由科隆返回路易港的时候,总感到和艾丽
34、莎还没有呆够。艾丽 莎不仅喜欢听他讲述研究工作中的种种趣闻轶事,而且每次耐心地把经过源 源本本地听完。波施讲得娓娓动听,还把自己疑惑不解的地方统统告诉她。 此外,也把自己的成功和失败如实地讲给她听,以使她和自己同甘共苦。艾丽莎喜欢这位精明干练、牵动人心的青年,她愉快地答应了他的求婚。 婚礼是在科隆举行的,婚后他俩立刻就到路易港去了。这对年轻夫妇住的是一所私人住宅,坐落在一个宽阔大庭院的深处。这下子可有地方啦,不仅能 摆放各种养鱼缸,而且还能放置各样饲养两栖类小动物的饲养箱。他们把一 个房间改造成小工厂安装了一台车床并且安放了木工的工作台。工余的 时候,波施就从事他心爱的活动养鱼、饲养两栖类的小
35、动物、采集昆虫 标本和栽培花草。四、合成氨的制造波施继续对氮的固定问题进行研究。他详细地研究了现有的全部有关文 献之后,得出这样的结论:制取氨最容易实施的方法就是通过氰氨化钡。公 司根据波施的订购申请,运进了一批碳酸钡,而克朗茨师傅则制做了一台压 块机,以便把碳酸钡和煤粉的混合物压制成团块。具体的实验工作是由阿尔 文·米塔什博士做的,他是经鲍登施坦教授的推荐来巴登公司工作的。鲍登 施坦是德国物理化学家,迈耶尔的学生。迈耶尔曾经执教于德国汉诺威技术 学校,并任柏林大学教授。鲍登施坦在热分解和电化学方面做过大量的研究, 并且是最早从事光化学和化学动力研究工作的科学家。米塔什博士研究出
36、一种制氮的新方法,而氮又是合成氨必需的原料。老 办法制氮是除掉空气中的氧,也就是让氧与铜粉起作用,从而将氧去掉。这 方法耗费大,而新法则便宜得多。它是把空气和氢气分别用两个管道通进来, 在两种气体汇合后并形成混合气的时刻,将其点燃,使混合气燃烧。在这种 条件下,空气中的氧便与氢相结合变成水,而氮则呈游离态留在反应器里。 把利用这种方法制得的氮气,通进一个填充了碳酸钡和煤粉团块的反应器。 由于反应需在 1500的高温下进行,所以反应器是放在一个专门的炉子里加 热的。但是,由于连续反应器的输氮管密封程度经受不住如此高的温度,所 以气体便从反应器里漏出来,结果,反应器内的团块往往和反应前一样,丝 毫
37、没有变化。可是,氰化钡和氰氨化钡的混合物则极易与水蒸气发生反应,结果生成氨和碳酸钡,然后把碳酸钡与煤粉混合,再压制成团块重新使用。 新法是一个相当可靠的方法两位研究人员劳动多年的成果并没有白费,他们的设计方案被公司采纳了,公司的生产委员会决定拨出资金建造氰氨化物工厂。这个工厂于 1906 年开始动工兴建,而波施的儿子恰巧在同一年出生。按 照家庭的传统,长子与父亲同名,波施的祖父、父亲和他本人,现在又添上 他的长子,老少四辈人的名字都叫波施。艾丽莎由于照看小孩子,无法脱身,她未能看到工厂的建造过程,不过 她丈夫把兴建的情况全都详细地讲给她听。环形转炉的炉体由 16 个加热室组 成,每个加热室内分
38、别装有 210 个由耐火砖砌成的反应器。全部反应器内可 容纳的团块,总量相当于五吨的碳酸钡。根据波施的计算,氨的产量平均每 昼夜应当达到 500 公斤以上。但是,用 30 个反应器生产是一回事,现在用3000 个反应器生产则全然是另一回事!实际表明,氨的日产量还达不到 350 公斤。这个产量是太低了,甚至连成本都不够。所以,公司的经理管委会做 出了暂停生产的决定,并于 1908 年 6 月正式执行。氰氨化物工厂在生产上的失败,并没有使波施垂头丧气,他决定把自己 的精力全部集中到对氮化物的研究上来。他同米塔什博士一起,开始着手研究把大气中的氮转化为化合态的氮化物究竟存在哪些途径。他们先后利用过
39、钛、硅、氧化铝。实验结果本来颇有希望,是令人鼓舞的。然而不久才知道, 法国已经有人研究出了这种工艺过程,并且已经获得专利。这样,法院便迫 使巴登公司放弃这项研究。在波施和他的同事们正忙于建造氰氨化物工厂的时候,欧洲的一批科学 家却在探索使氮和氢直接化合成氨的条件。其中有奥斯特瓦尔德教授的学生 瓦尔特·能斯特(德国化学家)、卡尔斯鲁厄的弗茨·哈伯。哈伯是德国著 名的物理化学家和化工专家,卡尔斯鲁厄高等工业学校的教授,他和波施一 起对于氮和氢直接合成为氨进行了研究。虽然这个过程最先是由能斯特提出 的,但是哈伯等人的研究成果被巴登公司利用,并在路易港实现了合成氮的 工业化
40、生产。1911 年哈伯担任柏林达列姆化学物理和电化研究所(现称 哈伯研究所)的所长。哈伯从事的研究工作有以下几方面:化学平衡、硝基 苯的电解还原、电弧放电合成氧化氮。哈伯在电化学领域进行过许多研究。此外,他多年致力于探讨从海水中 提取黄金的各种方法。在第一次世界大战期间哈伯领导了德国军队的化学兵 后勤部门,同时也是采用 BB 作战的组织者。他认为,这样做是为了尽“自己 报效祖国的天职”。1933 年,哈伯迁住瑞士侨居,一年后于瑞士的巴塞尔病 故。其本人在 1918 年因在“以元素合成氨”方法所做的贡献获诺贝尔化学奖。 哈伯对于发生在氮和氨之间的平衡反应做了详尽的研究之后得出结论: 氨的人工合成
41、可以在 1000以下进行。但是,直到瓦尔特·能斯特提出合成氨反应须在高压下进行的建议之后,波施的研究工作才取得了成果。哈伯认为,合成反应的压力必须提高到 200 个大气压,装催化剂用的管 子应当加厚。如果此法可行的话,那么,不论催化剂的价钱多么贵,在经济 上也是合算的。哈伯制备合成氨催化剂用的金属,都是由柏林电灯泡工厂提供的。在试用过的各种金属中,以粉末状金属锇的催化效果最好。在压力为 200 大气压, 温度为 600的条件下,达到氨气浓度为 6%的产率。这在当时已被认为是很 成功的了。哈伯把他取得的成果介绍给他在卡尔斯鲁厄的同行、巴登苯胺纯碱公司的顾问卡尔·恩格勒
42、教授,并建议恩格勒立刻向路易港的工厂发出生产倡议。 恩格勒教授向经理管委会建议对此进行研究,因为他认为这个方法是完全靠 得住的。公司经理布隆克的写字台上放着两封信。信的内容他已背得烂熟。200个大气压!在工厂生产的条件下,要达到这么高的压力,这怎么可能呢?太 没道理啦!各个车间倒是都安装着高压釜,不过釜内的压力最高也只有 5 个 大气压,而且还发生过好几次爆炸事故呢。更何况制造这种设备的材料也都 经受不住指定的各项条件。冒这个险值得吗?需要跟专家们好好商量一下。 波施走进经理办公室,站在一旁等候着。布隆克举手示意请他坐下。 “哈伯教授提出一种合成氨的生产方法,需要在 200 个大气压下进行。”
43、 “温度呢?”“600 度。” “这可是红热温度呀!这样的温度恐怕连最坚固的钢材也承受不住。” “可是他们就有这样的设备,可以实现上述过程。而且恩格勒教授本人亲眼看见过呢。” “我们也应该有这样的设备,”波施以坚定的语调说道,“实际上很有可能这样做并非得不偿失。” “我们在建造氰氨化物工厂上本来就已经花了不少钱啦。” 波施扬起了头,他从来没有因为白白造成浪费而被任何人指责过。 布隆克安详地微笑着,“我说这些话,绝对没有指责您的意思,波施博士。对于您的才能,我一直给予高度的评价,这一点您是清楚的。但是,自 从建造氰氨化物工厂失败之后,经理管委会不打算在筹建氨的生产方面再做 任何新的摸索了。因此,
44、这一次,恐怕经理管委会不会拨给您经费供您研究 了。明天我们就要到卡尔斯鲁厄去。和我们一道前往的还有贝恩森博士。” 在哈伯教授的实验室里当众做了示范表演,但是,表演本身不是很有说 服力,因而并不成功。尽管对反应设备事先做了细致的准备工作,可是实验 刚开始不久,有一处密封就经受不住内部的压力,于是混合气体立刻冲了出 来,并发出吓人的呼啸声。不过损坏的地方很快就修好了,经过几个小时的 反应之后,布隆克经理亲眼看见清澈透明的液氨从分离器的旋塞里一滴滴地 流了出来。但是,实验开始时遇到的挫折确实是一个严重的警告,就是说, 在设计这套装置时,必须特别精确,必须采取各种措施,以避免不幸事故的发生。实际上后来
45、发现,爆炸事故完全不是偶然的现象。大家预料到会发生爆 炸,也绝非毫无根据。哈伯的那套装置,在示范表演后的第二天就发生了爆 炸。整个设备倾刻之间变成一堆七歪八扭报废了的烂铁。随后,刚刚安装好 的盛着催化剂锇的圆柱装置,也爆炸了。这时,金属锇粉遇到空气后又燃烧 起来,结果,把积存备用的价格极贵的金属锇几乎全都变成了没有多大用处 的氧化锇。“照这样干下去我们将一无所获,应当从几个方面同时开展全面系统的研究工作。”波施做出这样的决定,“我们需要一种价廉而且易得的催化剂。 如果再发生两次这样的爆炸事故,那么储备的锇将全部用光。”“米塔什博士,您去搞催化剂吧!”波施建议道,“您不妨用铁、铬、钼、钙、铝试一试,这几种金属随您挑选,用哪个都可以。但是有一点,必 须找出一种效果好,价钱又便宜的催化剂。让克朗茨师傅研制出一套
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