中外科学家发明家丛书:波施 _2-第4章
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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，对此我感到十分高兴，并向他们表示
祝贺。最妙的是，在科学中新的发现总是会有地位的。就拿铁来说吧，奥斯
特瓦尔德早年曾研究过，而我们呢，也成百次地使用过纯净的铁。然而正是
这个铁，当包含有少量杂质的时候，也只有这种情况下，它才会发生作用。
对于波施博士所取得的成绩，我再次表示由衷的高兴，并且盼望将来能
有机会向他请教。”
哈伯教授希望了解在路易港进行的科学研究工作的情况。在此之前，波
施的同事们只是听说过哈伯的名字，但是从来没有见过他本人，哈伯最感兴
趣的是他们在催化剂方面的研究工作。
因此，布隆克经理和研究工作的总领导人波施便请哈伯参观设在地下室
大房间里的米塔什博士的实验室。沿着房间的四壁，安装了30只催化剂圆
柱，这些又高又粗的圆柱犹如大炮的炮筒。
“你们的圆柱和我在卡尔斯鲁厄看到的那种完全不一样。”哈伯说道。
“我们在结构上做了某些改动，”米塔什博士解释道，“每根圆柱使用
大约2克左右的催化剂，它就放在这里，容易更换。”米塔什拧下一只螺栓，
从里边掏出来一个装催化剂的小东西。
“你们的实验可能花钱不多吧？”哈伯问道。
“已经花掉大约1。5万马克了，可是实验工作还没有做完。各种金属我
们都试过了。波施博士决定再重新用铁试试。”
“现在大家都已经不用铁了，在这种情况下，是什么因素促使您还想再
用铁试试呢？”哈伯对此很感兴趣，因而朝波施问道。
“这个问题我该怎么跟您说才好呢？”波施顿了顿，接着说道，“当我
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们的全部试验都失败了之后，我们总得找个出路吧。于是我就重新摸索，我
先查资料，凡是我能弄到的资料我都翻开来看看。就这样，我偶然发现了艾
德尔和瓦朗特合编的一本 《光谱手册》。我留心查看了铁元素光谱的详细情
况。结果发现，具有此种谱线的元素是很有希望的，于是我又重新用铁做实
验。不久，塞林公司的发现公开了：他们发现少量的碱金属可以提高镍的催
化作用。不过，关于这个问题最好让米塔什博士给您讲讲吧。”
米塔什以一种郑重其事的神态，把手插进工作服的口袋里，然后开始详
细地叙述这次试验的经过：
“我们在研究工作中曾经使用瑞典产的磁铁矿矿石做过一些试验，这才
使我们的工作发生了具有决定性意义的转折。”
“在一次试验里，我们曾经使用锇和铀作催化剂，结果所得到的氨在数
量上几乎相等。可是，在其它几次试验中，虽然使用的也还是瑞典的磁铁矿，
但是它也不起催化的作用。如果我们把塞松公司的实验成果联系起来考虑，
那么对上述事实唯一可能做出的解释就是：磁铁矿中某种杂质起了活化的作
用。于是，我们使用化学纯的铁作催化剂，安排了一系列的试验，然后依次
往铁里分别加入各种其他物质。我们真侥幸，在这项研究刚刚开始，我们用
铁和粘土的混合物所做的一次试验中，就发现了它的催化活性和锇或铀的活
性完全相同。随后我们又做了大量的试验，想摸索到一种活性比这更好的催
化剂，可是直到现在为止，我们没有发现。”
“我们的研究工作除了有实际意义之外，还有理论上的价值，”布隆克
经理插话说，“米塔什博士和波施博士弄清了一点，即有少量杂质存在时，
这部分杂质对于作为催化剂的铁，基本上没有什么影响；铜和锰的例子可以
说明这一点，他们还证明：粘土和苦土 （氧化镁）对铁均起活化作用，而且
最主要的是，他们发现了还有第三类物质也对铁起作用，也就是那些能够使
催化剂中毒的一类物质。只要有很少量的这类物质存在，就可以使催化剂中
毒，使它完全丧失催化活性。其中，毒化作用最强的是硫磺。”
“这个情况说明，这就是在我们使用铁矿石作催化剂所进行的历次试验
中为什么会得到反面结果的症结所在。因为铁矿石里，多多少少总会有一些
硫化铁的成分。”波施在米塔什博士解释后，又补充了一句。
哈伯目不转睛地凝视着排列整齐的催化剂圆柱。
用这样简陋粗糙的装置居然能够得出如此令人神往的实验结果！
就这样，催化剂的问题算是彻底解决了。既然找到了便宜的催化剂，现
在就可以放手大量地生产了。
但是，制造催化剂圆柱的材料问题怎么解决？怎样才能找到一条出路
呢？波施用心地观察圆柱爆炸时从上面崩下来的碎钢块，并把它交给克朗茨
师傅。
“请您把这个小钢块切成几个薄片，把表面磨平抛光，达到像镜面一样
的光洁，然后请您交给我。”
克朗茨在门口差一点跟朗涅工程师撞了一个满怀。
“这是分析数据，还是没有发现氮在实验中存在。”
“这说明没有氮化铁生成，”波施若有所思地在手里翻动着那块薄薄的
金属片，“朗涅，您瞧瞧，圆柱内部由于和氮氢混合气直接接触，钢的颜色
已经变浅了。钢的主要成分——珠光体巳经毫无踪影。但是它并非纯铁，而
是一种质地极脆，又具有白色的物质。这可能是铁和氢生成的一种化合物。”
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一个突如其来的猜测使波施恍然大悟，他站了起来，“氢，当然是氢啦！
劳驾，请您从圆柱的内壁上用锉刮一点钢屑下来，然后送给化验室分析一下
是否含氢。”
分析的结果完全证实了波施的推测。
这就是说，在高温下氢气渗入钢中，并脱去钢材中的碳，这时，氢与碳
生成甲烷，而氢与铁则生成质地很脆的氢化铁。
“根据您说的这些，我们只好放弃钢材啦。”弗朗涅说道。
“您晓得还有什么材料能够代替钢铁吗？根本没有！”波施有点恼怒地
说道，“我认为，问题在于应当改变一下它的结构。催化剂圆柱起两个作用：
一是作为反应的容器，二是保证反应所需的压力，能不能让这两种功能分开
呢？”
“也许在圆柱内壁镶一层衬面会起点作用？因为有了这层衬面就可以避
免它再和气体直接接触了，对吧？”
“蒙一层衬面是不能解决问题的。氢气的扩散能力极强，甚至连最细微
的小孔它都能钻进去。因此，管中套管才是解决问题的办法。朗涅，咱们从
头干。内管用铜的，外管用钢的。这样一来，我们就保护住钢材，使其不受
氢气的作用，从而也就使钢能够保持住原来的强度。”
但是，试验未能奏效。铜没有能保护住钢，甚至换成银的隔离管也无济
于事。
现在，大伙只为一件事着急：如何使钢管不受氢气的作用？
在每周的星期五所举行的例会上，讨论的也是这个问题。而每星期六召
开的公司生产会议上，中心议题也只有一个：如何把催化剂圆柱改一改型？
在寒冷2月的一个星期六，人们的情绪是忧郁的。
尽管做了各种各样的改进，催化剂圆柱也只能坚持3天。这期间如果顺
当，即令不爆炸也得把圆柱卸掉，扔到废铁堆去。实际上，爆炸仍然时常发
生，所幸均未造成重大伤亡事故，因为这些试验工作是安装在过去生产氢氨
化物的旧车间进行的。每只圆柱都用一个特制的钢筋混凝土圆圈围起来，圈
上盖着钢板，掩住咝咝作响的氢焰火舌——因为氢气一旦与空气接触，转瞬
之间就会自行燃烧起来。
工厂现在像是一个军事演习场，爆炸和失火此起彼伏。但是，试验工作
一刻不停——圆柱炸坏了，立即换上一个新的，研究工作照常进行。问题是
每天才生产出400公斤的氨，而且每生产一公斤的氨，就要报废一公斤的钢。
尽管如此，生产仍然不亏本，因为氨的售价非常高。
但是，要使氨的年生产量达到上千吨的水平，就要求催化剂圆柱必须能
够持续使用几个月，甚至使用几年才成，而不能像现在这样，只能使用几天
就报销了。
波施还建议过一种方案——用含碳量少的熟铁制做一个隔离管。如果
说，钢材出现裂缝的原因，在于碳与氢相互作用，那么就应当把碳除去，这
样也就没有必要另找别的结构材料和器具了。
结果，问题解决了。波施对这项成果很有把握，现在他总算能过一个安
心的假日了。天刚刚亮，他就和好友瓦里特·福特兰德博士一起，骑着自行
车奔向莱茵河沿岸的沼泽地。波施在他家的小工厂里自制了一套捕捉牡蛎和
蜗牛的新工具，他们此行的目的就是想找个淤泥多的地方试试这套工具是否
好用。
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根据米塔什博士的回忆，波施的业余爱好几乎包括了所有的自然科学领
域。他对以下各学科中的最新问题都有涉猎：动植物学、生物学、矿物学、
地质学、植物学、稀土元素化学、天文学和物理学。在海德堡，他自己拥有
一个设备齐全的天文台。波施研究设计过多种捕捉昆虫的方法，而且效果皆
佳。
波施就是在休假的时候，心里仍然挂念着催化剂圆柱的事。
“氢气反正是要进到熟铁里去的，因而，钢罩迟早要受到冲击，终归会
爆炸的。那么如果预先把钢罩上弄成许多微孔行不行呢？譬如用最细的钻头
钻成很小很小的眼儿，这样做既不影响钢的强度，而氢气又可以自由地穿过
小孔直接跑到外围的空间去。结果，钢就不会受到氢气的作用了。”
一清早波施就直接来到专利局，他把一张全新结构的图纸摊在桌子上并
正式地宣布道：
“请为我立即办理申请专利权的一切必要手续。”
波施在他一生从事的科学和生产活动中，先后取得了114项专利权。
随后，波施又到机械加工厂去，以便把任务布置给朗涅工程师。
新设计的催化剂圆柱于1911年3月5日正式投入使用，这台圆柱一直连
续工作到4月底也未出现任何毛病。
问题终于解决了。
现在可以着手进行大规模的建设了。
五、辉煌时期
波施的生活开始进入了一个新阶段，研究各种设计方案，同机械制造方
面以及炼钢方面的企业进行谈判和磋商。在这期间，波施的工作达到了超乎
常人所能负担的紧张程度。处处都需要他来过问：主持各种业务会议；亲自
与供应原材料的公司企业进行谈判；亲自参加和检查设备的安装工作；继续
负责指导实验室的研究工作。此外，他经常需要到埃森和杜塞尔多夫去出差，
主要是对各种零件的制造问题给予指示和说明。
如果要达到每年固定6000吨氮气的生产水平，那么每分钟就需要把40
立方米常压下的氮氢混合气压缩到200个大气压。凡是对当时的技术状况十
分熟悉的科学家和工程师，都认为这个生产目标是无法实现的。
然而，人类创造性的潜力是无穷的。
1913年9月，生产合成氨和氮肥的工厂正式开工投产。平地上高高矗立
起巨大的厂房，这里有冷却塔、吸收塔以及合成氨反应柱。这些合成氨反应
柱，凭借无数的钢管与各部分相通，形成网络，结为整体。从规模来看，这
确实是一座庞大的巨型工厂。厂内设有生产煤气的发生炉和水蒸气的分厂，
还有专门把这类混合气加工成氢气和二氧化碳的车间，有压缩空气和制氮车
间，有专门生产催化剂的车间。此外，还有水塔、贮存氨的仓库、成品（化
肥）仓库、附属小工厂、实验室……这在当时可算是相当大的企业了。它吞
进去的是数百吨乌黑的煤炭、水和空气，而生产出来的则是雪白的粉末——
硫酸铵。
但是，在生产出第一批液态合成氨之后没过几天，又发现了新的难题。
中和器——由大的圆柱形水槽制成，氨和硫酸在里边进行中和反应——差一
点把全厂都毁掉。
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把氨输送到中和器去的管道尽管都是用铅防护好的，但是仍然出了毛
病。循环泵也开始受到损坏，发生了渗漏现象。结果，硫酸流进了房间，并
且淹没了地下室，而氨则挥发到空中，四处弥漫。
不过，这些泵和各种装置本来都是以炼焦工业中的焦炉煤气和氨为原料
生产硫酸铵所使用的通用设备，难道合成氨会另有别的性质不成？当然不
是。因此，问题的出现可能另有原因，这也许正是需要探索之处。
全厂人员——工厂的领导、各部门的负责人、安装工、电工、技师、实
验员和研究人员统统动员起来了。必须在最短的期限内找到一条出路，摆脱
眼前这种极其危险且又复杂的处境。
经过研究大军的努力奋战，困难很快就被一一克服，工厂又恢复了正常
生产。传送带不停地运送着合成的硫酸铵，满载产品的列车把宝贵的肥料运
到德国的各个角落。
合成氨顺利投产之后，还有几十个新的技术问题需要解决。全部的生产
和研究工作都是在合成氨厂厂长卡尔·波施的领导下完成的。社会向工厂提
出了生产各类化肥新品种的要求。哈伯教授在寄给波施的一封信中也提到了
这一点。他写道：“您不妨花些力量研究一下其他肥料的生产问题，例如把
氨转化为硝酸。农业方面的许多专家都认为，硝石 （即硝酸钾）的应用范围
最广，它的作用是多方面的，而硫酸铵的施用则是有一定范围的。”
于是，如何组织和安排好硝酸的生产（将氨转化为硝酸）便成为头等重
要的任务了。要把氨氧化成氮的氧化物，就必须选择比较便宜的催化剂才成。
奥斯特瓦尔德曾提出过用铂作催化剂，但由于价格太贵，对于大规模的工业
生产究竟产生哪些影响，也应当进行全面系统的研究。为此，有人提出应当
建立农业试验站，同时，必须在全国范围内组织一个联络局，负责向各公司
提出各种不同的作物应当如何施肥和何时施肥的建议。
在路易港和施帕尔之间有一片广阔的温室和暖房，叫做里姆布海尔公爵
养花房。这里，在汉斯·弗莱斯博士的领导下进行了一系列农业化学方面的
实验，目的在于通过实践来证明合成化肥的种种优点。
波施常常和全家人一起到温室花房一带来度星期天假日，在大自然的怀
抱中玩上几个小时。他们全家在试验站的开阔�
