學(xué)界大佬逼出來的大發(fā)現(xiàn)

云無心

最初的肥料是海島上的鳥糞，然而很多已被人類用光

從19世紀(jì)后期開始，人們更加意識(shí)到肥料對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要性。沒有足夠的肥料就無法種出足夠的糧食，也就無法養(yǎng)活地球上日益增多的人口。

最初的肥料是海島上的鳥糞，然而很多已被人類用光。之后，智利的硝酸鹽礦成為了世界肥料的主要甚至是唯一的來源。

有識(shí)之士認(rèn)識(shí)到，硝酸鹽礦不可再生，總有采完的一天。于是從19世紀(jì)后期開始，“求助于化學(xué)”成為共識(shí)。

空氣中充滿了氮?dú)猓鴼錃庖膊浑y獲得，如何把它們變成氨，成為化學(xué)家們需要解決的問題。

1904年，德國(guó)化學(xué)博士弗里茨·哈珀接受了一個(gè)課題.通過實(shí)驗(yàn)去對(duì)“能否從氮?dú)夂蜌錃夂铣砂薄弊鞒雠袛?。哈珀的個(gè)人態(tài)度是“不能”。不過，作為一位科學(xué)工作者，他并沒有基于自己的“傾向性”作出結(jié)論.而是和助手一起做了實(shí)驗(yàn)。在1000℃左右的高溫下用鐵催化，他們得到了一些氨，但轉(zhuǎn)化率只有0.012%。這樣的轉(zhuǎn)化率沒有生產(chǎn)價(jià)值，他準(zhǔn)備放棄這項(xiàng)研究。

有一位化學(xué)教授叫能斯特，聲名顯赫，堪稱學(xué)界大佬。根據(jù)他的理論計(jì)算，合成氨的轉(zhuǎn)化率明顯要比哈珀的實(shí)驗(yàn)結(jié)果要低。他選擇了加壓的情況下來做實(shí)驗(yàn)，這樣便于準(zhǔn)確測(cè)量產(chǎn)率。

1906年，他告訴了哈珀自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，指出哈珀的結(jié)果不對(duì)。后來他公開質(zhì)疑哈珀的結(jié)果，暗示其實(shí)驗(yàn)存在問題。

學(xué)界大佬的苦苦相逼，給尚未成名的哈珀帶來了極大壓力。他和助手采用能斯特的加壓方式再做實(shí)驗(yàn)，試圖證明自己的實(shí)驗(yàn)并不存在問題。在實(shí)驗(yàn)過程中，他們發(fā)現(xiàn)：如果把壓力加到更高（當(dāng)時(shí)能夠達(dá)到的最大壓力是200個(gè)大氣壓），并把反應(yīng)溫度降低到600℃左右，那么合成氨的轉(zhuǎn)化率能夠達(dá)到8%左右。這個(gè)轉(zhuǎn)化率，就有生產(chǎn)價(jià)值了。

這一巨大的發(fā)現(xiàn)極大地鼓舞了他和助手。他們?cè)O(shè)計(jì)了新的實(shí)驗(yàn)裝置，在1909年7月2日進(jìn)行了展示。在200個(gè)大氣壓和500℃的溫度下催化，氨的轉(zhuǎn)化率達(dá)到了10%。那一天，他們生產(chǎn)出了100毫升的液氨。

這一事件標(biāo)志著人類攻克了從單質(zhì)氣體合成氨的難題，使得人類通過化學(xué)方法生產(chǎn)肥料成為可能。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置只是展示了原理，真正要進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)還有太多的實(shí)際困難需要克服。巴斯夫公司的卡爾·波什接受了這個(gè)任務(wù)。經(jīng)過兩年多的努力，他終于在2012年制造出了日產(chǎn)超過1噸氨的設(shè)備。

到1914年，巴斯夫的合成氨工廠已經(jīng)達(dá)到了年產(chǎn)7200噸的規(guī)模。這些氨可以生產(chǎn)出36000噸的硫銨肥料。對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)來說，這是一個(gè)巨大的福音。

然而，第一次世界大戰(zhàn)在這一年爆發(fā)了。氨不僅僅可以制作肥料，也可以制作炸藥。此前，德國(guó)的硝酸鹽通過海運(yùn)從智利進(jìn)口。戰(zhàn)爭(zhēng)開始，英國(guó)切斷了德國(guó)的海上運(yùn)輸線，巴斯夫合成的氨也就被征用去制造炸藥了。

因?yàn)檫M(jìn)口硝酸鹽礦被切斷，這些氨又被用于了軍需，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)無法得到肥料，糧食生產(chǎn)也就無法維持。

戰(zhàn)爭(zhēng)開始，哈珀把興趣轉(zhuǎn)向了化學(xué)武器。他監(jiān)制的化學(xué)武器在1915年大規(guī)模用于戰(zhàn)場(chǎng)，造成了5000人的死亡。他也就被稱為“化學(xué)武器之父”。他的夫人，也是化學(xué)家的克拉拉·依茉娃無法接受，選擇了開槍自殺。

哈珀獲得了1918年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。這引起了各國(guó)科學(xué)家的抗議，但評(píng)獎(jiǎng)的瑞典皇家科學(xué)院堅(jiān)持認(rèn)為：合成氨將提高農(nóng)業(yè)水平，造福人類。這也是事實(shí)，20世紀(jì)地球上的人口激增，如果沒有合成氮肥為基石的綠色革命，將會(huì)有一半的人陷入饑荒。

能斯特的逼迫，使得本已放棄合成氨研究的哈珀，后來居上比能斯特早兩年獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。而克服了各種挑戰(zhàn)，把哈珀的合成氨原理擴(kuò)大了商業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的波什，在哈珀研究化學(xué)武器的年代繼續(xù)改進(jìn)工藝，完善了高壓化學(xué)反應(yīng)并且應(yīng)用到其他生產(chǎn)中。1931年，波什也獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。