弗里茨·哈伯(1868年12月9日—1934年1月29日)是德国化学家,其工作横跨物理化学、工业生产和军事研究。他在实验室中开发了用氮和氢合成氨的方法,为哈伯法奠定了基础。他因这一成就获授1918年诺贝尔化学奖,同时也在第一次世界大战期间的德国化学战中发挥了主导作用。因此,他的职业生涯既涵盖工业化肥生产的发展,也涉及将化学有组织地应用于战争。(nobelprize.org)
教育与早期职业生涯
哈伯出生于普鲁士的布雷斯劳,即今波兰的弗罗茨瓦夫。他的父亲齐格弗里德·哈伯是一名商人。1886年至1891年间,他先后在海德堡、柏林和夏洛滕堡学习化学,师从罗伯特·本生、奥古斯特·威廉·冯·霍夫曼和卡尔·利伯曼等人。大学毕业后,他曾短暂参与父亲的生意,随后在苏黎世和耶拿继续积累实验室工作经验。(nobelprize.org)
1894年,哈伯在卡尔斯鲁厄担任汉斯·本特的助手。本特对燃烧的兴趣,以及卡尔·恩格勒对石油的研究,都影响了哈伯早期的研究方向。1896年,哈伯凭借对烃类燃烧与分解的研究,取得了私人讲师资格。1906年,他成为物理化学与电化学教授,并担任卡尔斯鲁厄相关研究所的所长。他的研究将理论问题与工业化学中的实际问题结合起来。(nobelprize.org)
氨的合成
哈伯最著名的研究所要解决的核心问题是固氮,即将大气中的氮转化为可用于农业和制造业的化合物。尽管氮占空气成分的大部分,农作物却无法直接利用分子态氮作为养分。合成氨为生产肥料提供了一条途径,使其不必完全依赖天然的含氮化合物矿藏。(nobelprize.org)
1904年,哈伯开始在卡尔斯鲁厄研究氨的合成。其基本化学反应是氮与氢结合:
N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃
要在实际中实现这一反应,必须控制温度、压力、气体流量和催化过程。这一成就不仅在于找出一个可能发生的反应,更在于确定能够有效生产氨的条件,并设计相应的设备。哈伯运用热力学,将实验室测量结果与生产工艺的要求联系起来。(basf.com)
随后,卡尔·博施及巴斯夫的一支团队将这种实验室方法转化为工业技术。1909年,巴斯夫委托博施开展工艺放大工作。这要求化学工程取得重大进展,尤其需要建造能够承受高温、高压氢气的反应器。博施查明了氢对反应器钢材的破坏作用,并开发出适于持续运行的设备。1913年9月,首座工业合成氨工厂在路德维希港附近的奥帕投入运行。“哈伯—博施工艺”这一联合命名,区分了哈伯在实验室取得的成果与博施在工业化方面的贡献。(basf.com)
诺贝尔奖的肯定
哈伯的诺贝尔奖授奖理由,是他实现了由组成氨的元素合成氨。虽然该奖归属于1918年度化学奖,但授奖决定于1919年作出,颁奖仪式则在1920年6月举行。这几个日期分别对应奖项年度、授奖决定和颁奖典礼。后来,博施与弗里德里希·贝吉乌斯因开发化学高压方法,共同获得1931年诺贝尔化学奖。(nobelprize.org)
合成氨的重要性尤其体现在其工业应用上。大规模生产为含氮化学品提供了基础原料,也为肥料制造奠定了新的基础。这一工艺还表明,通过科学研究与工程工作的协同,基础化学研究可以转化为工业生产体系。(nobelprize.org)
第一次世界大战与家庭
1911年,哈伯成为位于柏林达勒姆的威廉皇帝物理化学与电化学研究所的首任所长,该所隶属于威廉皇帝学会。第一次世界大战期间,研究所受到军方控制,成为化学武器与防护装备的研究中心。哈伯领导了1915年4月22日伊普尔大规模氯气袭击的筹备工作。他的研究所还研究了抵御毒气袭击的防护手段,包括呼吸过滤装置。(fhi.mpg.de)
1901年,哈伯与化学家克拉拉·伊默瓦尔结婚。她于1915年5月1日至2日的夜间自杀身亡。尽管她的死亡常被解释为对哈伯从事化学战工作的直接抗议,但历史研究认为,尚无充分证据能将这一解释确立为事实。她去世的时间有记录可查,但无法确定一个单一而明确的动机。(indico.fhi-berlin.mpg.de)
战后研究与流亡
战后,哈伯重新投身基础研究和科研管理。他的研究所开展了气相反应动力学、光化学、光谱学以及化学反应发光现象的研究。他还尝试从海水中提取黄金,以帮助德国支付战争赔款。更精确的测量表明,海水中的黄金浓度远低于最初估计,因此提取黄金在经济上不可行。(fhi.mpg.de)
在纳粹德国统治下,哈伯被命令解雇被当局认定为种族不合格的工作人员。尽管当局当时尚未要求解雇他本人,他仍于1933年4月30日提交辞呈,拒绝执行这些命令。随后,他前往英国,并在剑桥逗留了一段时间。1934年1月29日,他在瑞士巴塞尔去世。1953年,他曾领导的研究所加入马克斯·普朗克学会,并更名为弗里茨·哈伯研究所。(fhi.mpg.de)