Лауреат Нобелевской премии Фриц Габер

Габер, Фриц (1868 – 1934) (Германия)

Нобелевская премия по химии, 1918

« за синтез аммиака из составляющих его элементов».

Бесчисленное множество химических реакций осуществил человек в лаборатории и в промышленности, но небольшое химическое уравнение:

N₂ + 3H₂ = 2NH₃

занимает особое место. Потребность в новых источниках азота обнаружилась в конце XIX в. С середины XIXв. использовалась чилийская селитра, но к концу века стало ясно, что при дальнейшем возрастании потребностей в сравнении с имеющимися запасами приведёт к тому, что к середине двадцатого столетия все запасы будут исчерпаны, если химия не найдёт выход из сложившейся ситуации. Было рассчитано, что если на начало XX века потребность в связанном азоте составляла 100 тыс. т в год, то в дальнейшем эта цифра увеличится до 1 млн т. Такой спрос мог бы удолетворить только один источник, который содержит огромные запасы элементарного азота, который представляет наша атмосфера, посредством связывания с другим широко распространенным химическим элементом. Исходным продуктом являлся атмосферный азот, конечным продуктом должна быть селитра или аммиак, требуемые в качестве удобрений. Задача сводилась к связыванию азота с кислородом или водородом. В 1913 году впервые в промышленном масштабе был получен каталитическим способом из азота и водорода аммиак. Так была решена важнейшая проблема, которую в течение многих лет пытались разрешить учёные многих стран. Решение этой проблемы давло возможность получить азот в связанном состоянии, в виде аммиака, из которого можно получить азотную кислоту и её соли, а также аммиачные соединения. А из этих продуктов можно неограниченно получать всевозможные азотосодержащие вещества, которые особенно необходимы для народного хозяйства. Ф. Габер является автором каталитического синтеза аммиака. Немалая роль принадлежит и Карлу Бошу. Каталитический синтез аммиака как способ связывания свободного азота занял прочные позиции в мировой химической промышленности.

Габер, Фриц

Немецкий химик Фриц Габер родился в г. Бреслау (ныне г. Вроцлав, Польша) 9 декабря 1968 года и был единственным сыном преуспевающего коммерсанта Зигфрида Габера и его жены Паулы Габер, которая умерла во время родов. Когда мальчику было девять лет, его отец, женился на Хедвиге Гамбургер. Если отец был суров и холоден к сыну, то с мачехой у Габера сложились теплые отношения. После окончания местной начальной школы Габер поступил в Бреславскую гимназию св. Елизаветы, где у него зародилась любовь к литературе. Особенно он увлекался произведениями Гете. Фриц любил сочинять стихи, и мечтал стать актером, но химия захватила его целиком. В 1886 г. Габер поступил в Берлинский университет для изучения химии, но после первого семестра перешел в Гейдельбергский университет, где его учителем был Роберт Бунзен – изобретатель лабораторной горелки, которая носит его имя. Интерес Бунзена к физической химии подтолкнул Габера к изучению математики и физики – предметов, которые он продолжал штудировать в Берлинском техническом университете. После получения докторской степени в 1891 г. Габер в основном работает в химических прикладных лабораториях, в которых не стимулировался особый интерес к теории. Затем переходит в Цюрихский федеральный технологический институт, где знакомится с новыми химическими и производственными процессами, которые впоследствии вывели Германию в лидеры мировой химической технологии.

В 1894 г. Габер ассистент Ханса Бунте, профессора химической технологии в Университете Карлсруэ. Работа Габера, результаты которой были суммированы в 1896 г. в его книге «Экспериментальные исследования по распаду и горению углеводородов», позволила ему стать в том же году лектором в Университете Карлсруэ. В 1906 г. ему присудили звание профессора физической химии и электрохимии. В 1911 году Габер занял должность директора берлинского института физической химии и электрохимии при Обществе кайзера Вильгельма. В Карлсруэ первые исследования Габера касались самых различных вопросов, включающих электрохимию топлива, потерю тепловой энергии в паровой машине, создание нескольких типов электродов для регистрации окислительно-восстановительных процессов. Он описал результаты этой работы в книге «Основные принципы технической электрохимии на основе теории». Его третья книга «Термодинамика промышленных реакций газов», опубликованная в 1905 г, сделала Габера мировым авторитетом в области науки и технологии. В книге он продемонстрировал, как теоретические термодинамические расчеты изменений свободной энергии газов при равновесном состоянии могут быть, практически использованы для промышленных целей. Острой проблемой в мире из-за увеличения численности населения и сокращения природных источников удобрений становилось получение удобрений, обогащенных азотом. Габер начал в 1905 г. лабораторные исследования по производству аммиака с целью превращения его в дальнейшем в нитрат. Он попытался соединить атмосферный азот с водородом с целью получения аммиака. Другие химики уже пытались синтезировать аммиак посредством прямой реакции между его составляющими азотом и водородом, но этот метод требовал повышения температуры до 1000°С, что было невыгодно по экономическим соображениям. В результате проведенных экспериментов Габер доказал, что аммиак можно синтезировать и при температуре ниже 300°С. Немецкий химик В. Нерст ранее продемонстрировал, что аммиак может быть получен при взаимодействии водорода и азота при экстремально высоком давлении. Габер объединил методики низких температур и высоких давлений. Исследования Габера по синтезу аммиака финансировались германской промышленной корпорацией «Бадише анилин унд сода фабрик» (БАСФ). В 1907 – 1909 годах он сконструировал новый небольшой аппарат для получения аммиака, а в 1910 – 1915 годах осуществил каталитический синтез аммиака. Им было обнаружено, что замена стандартного катализатора, которым являлось железо, на осмий и уран существенно увеличивает выход аммиака. В дальнейшем Габер увеличил эффективность этого же метода за счет утилизации тепла, выделяемого при взаимодействии газов, для поддержания температуры реакции. Эта работа позволила разрешить давнюю проблему фиксации азота и получения азотных удобрений. Отпала также необходимость в экспорте селитры из Чили, которая применялась для получения взрывчатых веществ. В 1913 году был введён в строй первый завод по получению синтетического аммиака в Оппау. В 1909 году Габером был изобретён стеклянный электрод, который и сейчас служит для измерения рН растворов.

Во время Первой мировой войны Габер руководил химической службой немецких войск. Ему было поручено создать отравляющее вещество раздражающего действия, которое заставляло бы войска противника покидать траншеи. Габер и его сотрудники создали оружие с использованием газообразного хлора, которое было запущено в производство в январе 1915 г. Оно было применено этой же весной против войск стран Антанты при Ипре в Бельгии, что привело к отравлению 150000 человек. Несмотря на то, что Габер ненавидел войну, он считал, что применение химического оружия может сохранить многие жизни, если прекратится изматывающая траншейная война на Западном фронте. Его жена Клара (в девичестве Иммервар) была также химиком и решительно выступала против его военных работ. В 1915 г. после серьезной ссоры с Габером она покончила с собой.

Нобелевская премия по химии в 1918 г. была зарезервирована, но в следующем году эта премия была вручена Габеру «за синтез аммиака из составляющих его элементов». «Открытия Габера, сказал в своей речи при презентации А.Г. Экстранд, член Шведской королевской академии наук, – представляются чрезвычайно важными для сельского хозяйства и процветания человечества». При получении премии 2 июня 1920 года в Стокгольме Ф. Габер поизнёс речь, в которой он оценивал значение синтеза аммиака.

« Столь высокая премия обязывает охарактеризовать то положение, которое занимает данный процесс в науке, и изложить путь, который к нему привёл. Речь идёт о химическом превращении самого простого вида, газообразный азот образует с газообразным водородом в простом объёмном отношении газообразный аммиак, все три вещества хорошо известны в химии в продолжении более века. Каждое из них во второй половине XIX века было многократно изучено при самых разнообразных условиях. Если при этом столетие прошло, прежде чем удалось найти способ получения аммиака из элементов, то причина заключается в том, что для того, чтобы заставить азот и водород в значительной мере войти в соединение, нужны необычные средства, создание точно определённых условий работы и разработка термодинамических основ процесса. Особенное значение имело то обстоятельство, что прежним исследователям не удалось проследить с достоверностью взаимодействие азота с водородом с образованием хотя бы малейших следов аммиака. Вследствие этого возникло предубеждение, что получить аммиак этим способом невозможно, и это предубеждение было сильно распространено в науке. Такое предубеждение создает мнимые затруднения, которые препятствуют делу сильнее, чем, ясно осознанные действительные трудности. … Синтез аммиак, осуществлённый в крупном масштабе, представляет собой действительный путь к удовлетворению важных народнохозяйственных нужд. Эта практическая польза не была предвхятой целью моих работ. Я не сомневался в том, что моя лабораторная работа даст не более, чем научное выяснение основ и разработку опытных методов, и что к этим результатам должно быть ещё очень много приложено, чтобы обеспечить хозяйственное достижение в промыщленном масштабе. Решение связывания азота путём каталитического синтеза достаточно для того, чтобы вместе с другими процессами связывания азота освободить нас от заботы, которая 20 лет тому назад создала опасность истощения естественных залежей селитры. Быть может это решение не окончательное. Существование азотных бактерий показывает нам, что природа, в её утончённых формах биологической химии, знает и осуществляет другие возможности, которые она скрывает от нашего взора. Пока нам приходится довольствоваться тем, что человечеству открываются новые богатства из возможности щедро удобрять его поля… Химическая промышленность приходит на помощь сельскому хозяйству, превращающему мирным путём камни в хлебы»

Вручение награды вызвало резкую критику со стороны ученых стран Антанты, которые рассматривали Габера как военного преступника, участвовавшего в создании химического оружия. В 1920 г. Габер начал исследования по извлечению золота из морской воды. Он надеялся, что в случае успеха Германия сможет рассчитаться по репарациям со странами Антанты. Однако после шести лет работы этот проект, опиравшийся на слишком оптимистические содержания золота в морской воде, закончился неудачей.

В 1933 г., после прихода к власти Гитлера, положение Габера стало опасным, поскольку его родители были евреями не по вероисповеданию, а по происхождению.. Так как Габер находился на германской службе во время первой мировой войны, для него было сделано исключение, но в апреле этого же года он отказался уволить из своего штата евреев и послал письмо с заявлением об отставке в министерство искусства, науки и народного образования. «За более чем 40-летнюю службу я подбирал своих сотрудников по их интеллектуальному развитию и характеру, а не на основании происхождения их бабушек, – писал он, и я не желаю в последние годы моей жизни изменять этому принципу». Габеру пришлось бежать в Англию, где он проработал в Кембриджском университете четыре месяца. В 1934 году он принимает предложение химика Хаима Вейцмана, будущего первого президента Израиля работать в палестинском Исследовательском институте Даниэля Сиффа в Реховоте. Но во время остановки на отдых в Базеле он умер 29 января 1934 года.