中外科学家发明家丛书:波施 _2-第3章
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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
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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
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。”
“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
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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，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低压的
实验性装置。我和朗涅工程师研究催化剂加热炉所用的材料问题。”
机械设备厂的厂长弗朗茨·郎涅把装催化剂的圆柱在爆炸时飞落现场的
柱壁碎片拿来给波施看。
“您瞧，原来是钢做的，可现在变成一种莫名其妙的东西了，混合气中
的氢气扩散到了钢里，从而引起钢在结构上和组成上都发生了根本的变化。”
这时，波施从自己工作服的内口袋里掏出一个小放大镜来，然后放在一
小块黢黑的金属上面，开始仔细地观察金属块的情况。
“居然出现了意外的现象！氢气对钢铁起了脱碳的作用，结果把钢变成
了熟铁，这说明必须改变一下设计才行。引起钢的结构发生变化的原因有两
个：一是氢气，二是高温。我们倒是可以设法消除其中的一个原因，可是那
样一来，合成氨的反应无法进行了。……那么，能不能在内部压力上想点办
法呢？”波施自言自语道。
朗涅工程师笑了笑，这确实是个中肯的好主意。
“把催化剂一层层地摆在圆柱四周，中央安一只管子，里边燃烧煤气，
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用以加热到反应要求的高温。”
朗涅工程师立即草拟了一张新的催化剂圆柱的结构图。
“整个工艺流程我们是按原先那样安排呢，还是有什么需要改动？”
“看样子，如果能设法让通进去的气体沿着四壁走，情况可能会好些。”
波施建议说。
紧张工作的日子又重新开始了。在工厂大院的北面，有一块地方过去是
用来堆放炉渣和各车间扔出来的残渣废料的。现在已经建成一座专门为了安
装催化剂圆柱的厂房。这里如果发生爆炸，对任何人也不会有危险，此外，
还为波施和他的同事们准备了一个钢筋混凝土的安全舱。
在安装设备的那段日子里，波施几乎是没有一天离开过工厂。随着工厂
上下班的汽笛声，这一班的工人换下了上一班的工人，然而，波施则一直坚
守着岗位。
必须尽快尽早地把新的催化剂圆柱安装好。波施希望这样做会使问题圆
满解决。
负责领导安装工作的是克朗茨工程师，他对每个零件的制造和安装都要
求极为严格，也十分仔细。今天克朗茨比哪天都更认真、用心。因为有一个
工人过生日，全组的工人准备下班后去参加庆祝聚会，所以大家都匆匆忙忙
地赶任务。
下班的汽笛声刚响，工人们就都放下了工具，脱去工作服准备下班。
波施惊愕地挑起双眉。
“怎么啦？这是怎么回事？”
“今天是弗里德利希的生日，满22岁啦。”师傅回答道。
“太好啦！应当庆祝嘛，”波施提高了嗓门说，“可是，难道为此我们
就把原定的安装竣工的日子又往后拖一天吗？喂，朋友们，还是干活儿吧！
至于弗里德利希的生日，咱们大家可以在这儿为他庆贺嘛！”
波施立刻走了出去，而工人们则眼巴巴地望着克朗茨师傅，人人都感到
很扫兴。
“没有办法，只好接着干吧。你们大伙儿都明白，如果波施博士提出要
干一件什么事儿，那不论是谁都得照办，他的话干脆就是法律。”
工人们又重新回到了各自的岗位上。在这间光线昏暗的附属厂房里，工
人们又接着干了起来，但大家心情不快，默默无言。
过了一阵，波施走了进来。几分钟之后，乌利也来了。乌利是别的班组
的一个工人，他手里提着一只大篮子，上面用纸蒙着。波施用调皮的眼光注
视着大伙儿，提高了嗓门说道：
“喂！大家都到这儿来呀！咱们大家给弗里德利希祝贺生日吧！”
工人们立刻活跃起来了。
乌利把热的油煎小灌肠和松软的小白面包都摊放在纸上，克朗茨师傅打
开了啤酒，“大宴会”就这样开始了。
波施举杯祝酒，提议为弗里德利希的健康干杯，为克朗茨师傅以及全体
在场的工人们的健康而干杯。然后大家又重新操起工具，继续干活去了。安
装工作在拂晓前结束。工人们下班了，他们虽然十分疲惫，但个个心满意足。
波施没有忙着回家。
“克朗茨，咱们留下来吧，现在应当赶快开动这个柱子试一试。”
克朗茨愿意跟这个不知疲倦的人一道干活。好像有某种非常吸引人的东
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西隐藏在这紧张的期待之中。何况波施博士在犒赏上又一向是慷慨大度的
呢。
克朗茨把满载氮气瓶和氢气瓶的小推车推到跟前，波施接通了加热器的
电源。循环泵均匀地响动起来，测量仪表上的指针一动不动，这说明过程进
行得很正常。
“克朗茨，你去睡吧，天亮我一定叫醒你。”
他们在混凝土安全舱里呆了整整76小时，以便从舱里观察这台新设计的
催化剂圆柱的工作情况。
他们吃在舱里，睡在舱里。
圆柱不停地工作着。
难道真的胜利了吗？
大家甚至都不敢相信。再试一次看看吧……波施刚刚站起身来，就在这
个时候，一声震耳欲聋的轰隆巨响，把安全舱震得东摇西摆。克郎茨跳了起
来，手还在揉搓着眼睛。
“完蛋了！又爆炸啦！”波施痛苦地叹息着。
他陷入悲观和失望中。
然而又哪里有时间让他们沉溺于灰心丧气的情绪之中呢？必须设法找出
解决问题的办法。
经过几番努力，他们终于成功了，找到了一种催化剂，并且得到了意想
不到的实验结果。就连哈伯教授在收到布隆克经理通知他试验成功的消息之
后，也立即写信表示赞扬。
在哈伯的贺信中，波施背得烂熟的一段话是这样写的：
“您的同事能取得如此重大成果，对此我感到十分�
