Или ПРОЦЕСС ХАБЕРА, МЕТОД ГАБЕРА, СИНТЕЗ ГАБЕРА, РЕАКЦИЯ ГАБЕРА, ПРОЦЕСС ГАБЕРА - БОША.
О том, что для получения высоких урожаев сельскохозяйственные растения необходимо снабдить всеми необходимыми для их роста веществами, включая не только макро-, но и микроэлементы, я упоминал в статьях БОЧКА ЛИБИХА и ЗАКОН ТОЛЕРАНТНОСТИ ШЕЛФОРДА.
И одним из химических элементов, без которого невозможны рост и развитие растений, является азот. Не газообразный, который N2, а в виде ионов аммония (NH4+) и нитрат-ионов (NO3-). В природе всё это из атмосферы поступает в живые организмы, благодаря азотфиксирующим бактериям, обеспечивающим круговорот азота.
Но на полях, как правило, применяют азотные удобрения - например, калиевая, натриевая или аммиачная селитры, мочевина, сульфат аммония и пр.
Месторождений селитры на нашей планете не так много, хотя они таки есть в Боливии, Австралии, ЮАР, России, США, Шри-Ланке, Китае, Мексике, но больше всего - в Индии и Чили. Именно эти две последние страны долгое время были поставщиками азотных удобрений для всего мира. Но потом учёные стали задумываться - а что дальше? Исчерпаются природные запасы, а сельское хозяйство уже не может существовать без химической подпитки. Неужели грядёт всемирный голод?
Учёные разработали немало способов искусственного производства азотных удобрений. В частности - аммиачных. Правда, аммиак для этой цели надо было откуда-то брать, причём в громадных объёмах, а для его получения требовались либо высокие температуры (от 1000 °С до 2200 °С), либо дорогие исходные вещества, которые надо было тоже где-то производить в огромных количествах (например - карбид кальция CaC2 или нитрид алюминия AlN).
Свои решения предлагали такие великие химики как Кристиан Бикеланд, Самуэль Эйде, Анри Луи Ле Шателье, Вильгельм Фридрих Оствальд, Вальтер Герман Нернст и пр. Что-то даже запатентовали, но ни один из этих процессов нельзя назвать по-настоящему экономически выгодным.
Дальше всех в этом направлении продвинулся немецкий химик Фриц Габер, который предложил реализовать очень простую реакцию N2 + 3 H2 ⇄ 2NH3. С газообразным азотом проблем нет, его берут из атмосферы, водород же получают из метана, обрабатывая его водяным паром.
Габер не только установил равновесные концентрации водорода, азота и аммиака в зависимости от давления и температуры, но и в 1909 году впервые получил аммиак всего при 600 °С и 17,5 МПа, используя в качестве катализатора порошкообразный осмий.
Однако это было только начало триумфа. Потому что результаты своих исследований Габер передал в компанию BASF, где исследования в направлении поиска ещё более эффективных катализаторов продолжились, равно как и конструирование аппаратуры для промышленного синтеза.
Было изучено более 8000 катализаторов, из которых лучшие показатели имело плавленное железо с добавками оксидов алюминия, калия и кальция. А самое надёжное оборудование создал инженер компании BASF Карл Бош (к слову, это не тот Бош, который потом основал знаменитую компанию Bosch, производящую бытовую технику и инструменты, того звали Роберт. А Карл прославился тем, что создал концерн IG Farben, где заключённые концлагерей производили химическую продукцию для Третьего Рейха).
Так вот, в 1913 году в Германии появился завод, способный гнать вожделенный аммиак в огромных количествах и по вполне доступной цене. Учитывая то, что львиная доля NH3 шла на производство азотных удобрений, это позволило с уверенностью заявить: проблема голода из-за отсутствия этих важных и нужных химических веществ перед человечеством больше не стоит!
Стоит отметить ещё один очень важный момент: реакция образования аммиака из водорода и азота равновесная и экзотермическая, поэтому при высоких температурах, необходимых для достижения приемлемой скорости реакции равновесие смещается в сторону азота и водорода, и выход аммиака за один проход смеси газов через катализатор в промышленных условиях не превышает 14-16%. Поэтому выходящую из реактора смесь охлаждают до температуры конденсации аммиака, сжиженный аммиак отделяют в сепараторе, а оставшуюся смесь водорода и азота направляют на рециркуляцию - вновь нагревают и пропускают через колонну синтеза с катализатором. Таким образом, в ПРОЦЕССЕ ГАБЕРА теоретический выход в реакции синтеза аммиака составляет 100%.
Процесс назвали в честь его разработчика, но в эпоним часто включают и того, кто очень много сделал для оптимизации технологии. Получается ПРОЦЕСС ГАБЕРА - БОША.
К слову, в нашей стране его освоили довольно скоро, и страна Советов с годами превратилась в главного поставщика аммиака (например, в 1990 году СССР производил 28 млн т/год - больше, чем кто-либо в мире).
Но сейчас, увы, мы не первые.
Опять же, подчеркну, все, кто аммиак производят, делают это по технологии, отработанной Габером и Бошем.
Фриц Габер (9 декабря 1868 - 29 января 1934) - немецкий химик, агрохимик, Лауреат Нобелевской премии по химии 1918 года.
Родился в Бреслау, Пруссия (этот город теперь находится в Польше и называется Вроцлав), в семье коммерсанта. Учился в Гейдельбергском университете, затем продолжил обучение в Берлинском университете и в техническом колледже Шарлоттенбурга.
Работал в университете Карлсруэ, где вместе с Карлом Бошем они и начали разрабатывать процесс, позже названный их именами.
Именно за это Габеру в 1918 году и была присуждена Нобелевская премия.
Но... Среди распорядителей этой престижной награды разгорелся спор - имеет ли право Габер на премию. Ведь, с одной стороны, его можно считать спасителем человечества, коль скоро, благодаря ПРОЦЕССУ ГАБЕРА, люди смогли получать сколько угодно аммиака, а значит - и азотных удобрений. С другой же стороны, Габер - злой гений, на счету которого многие тысячи жизней.
Дело в том, что во время Первой мировой войны он сыграл ключевую роль в развитии химического оружия, возглавив химический отдел военного министерства. Габер руководил группами, разрабатывавшими применение хлора, иприта и других смертоносных газов. И всё это - несмотря на запрет Гаагской декларации 1899 года. Тем более, что атака под Ипром в 1915 году была квалифицирована как военное преступление.
Можно ли было награждать такого человека самой почётной премией в мире?
Поспорили, поспорили и решили - да, можно. Ведь, с одной стороны, Габер был патриотом Германии и гордился своей помощью стране во время Первой мировой войны. Он был, по сути, солдатом от науки (точнее - капитаном, поскольку именно это звание ему, гражданскому, присвоил кайзер за заслуги), и боролся с врагами теми способами, которые были ему доступны. «В мирное время ученый принадлежит миру, а в военное - своей стране», - повторял Габер. И вообще, как и многие другие химики того времени, он защищал химическое оружие от обвинений в том, что его применение негуманно, говоря, что смерть есть смерть, независимо от того, что является её причиной.
В процессе работы над созданием эффективных ОВ, этот немецкий учёный вывел ПРАВИЛО ГАБЕРА, согласно которому воздействие их низких концентраций на человека в течение длительного времени всегда имеет тот же эффект, что и воздействие высоких концентраций в течение короткого времени - смерть. Он также сформулировал простое математическое соотношение между концентрацией газа и необходимым временем воздействия.
В общем, Нобелевку ему таки дали.
А чуть позже, в 1920-х годах, учёные, работавшие в открытом Габером институте, на основе синильной кислоты создали отравляющее вещество «Циклон Б». Его сначала использовали для санитарной обработки кораблей, складов и поездов, чтобы уничтожить мышей и крыс. А потом нацисты решили с помощью "Циклона Б" травить узников концлагерей в газовых камерах.
Впрочем, если хлором и ипритом людей травили на фронте под прямым руководством Габера, то к этому преступлению против человечества он имеет лишь косвенное отношение. Хотя бы потому, что "Циклон Б" лично не изобретал, убивать с его помощью евреев не планировал, да и сам, будучи иудейских кровей, попал в опалу к нацистам и был вынужден покинуть Германию. С другой стороны, именно успехи Габера на поприще военной химии позволили Третьему Рейху создать те самые вещества, которыми уничтожили миллионы заключённых.
В 1933 году Габер переехал сначала в Великобританию, в Кембридж. Но там его встретили очень холодно. Эрнест Резерфорд, например, принципиально не подавал ему руки из-за его причастности к разработке химического оружия. Поэтому когда поступило предложение отправиться в Палестину и занять должность директора научно-исследовательского института имени Зифа, Габер сразу же согласился. Но до места назначения не доехал, ибо умер от остановки сердца в Базеле.
Рассказывают, что его жена Клара, тоже химик, всегда была категорически против того, чтобы Фриц занимался разработками ОВ. И их разногласия дошли до того, что 2 мая 1915 года, после очередного спора с мужем, она выстрелила себе в сердце из служебного пистолета мужа. Первым её, умирающую, обнаружил двенадцатилетний сын Герман, услышавший выстрел. Впоследствии он, уже во время Второй мировой войны, эмигрировал в США и там тоже покончил с собой, осознав беды, принесённые изобретениями его отца.
А ведь Габер вполне мог реализоваться и в совсем других направлениях! Он же занимался реакциями горения, искал способы выделения золота из морской воды, изучал адсорбционные эффекты (в частности - работал над созданием современных противогазов), исследовал свободные радикалы...
Так всё-таки чего больше принёс этот человек миру - добра или зла? Если вспомнить количество отравленных веществами, которые разработал сам Габер или создали его ученики, то он достоин самой суровой кары. Если же исходить из того, что суммарное производство удобрений на основе изобретённого им процесса исчисляется десятками миллионов тонн в год, а продуктами, выращенными с применением этих удобрений, питается половина населения Земли, то вроде бы он и молодец, спасибо ему от всех людей мира.
Или всё-таки - "гори в аду"?
P.S. С именем этого учёного связаны и другие эпонимы:
- ЦИКЛ БОРНА - ГАБЕРА - энтальпийная диаграмма, позволяющая определить энергию образования кристаллической решётки.
- РЕАКЦИЯ ГАБЕРА - ВЕЙСА - выработка гидроксил-радикала (•OH) из перекиси водорода (H2O2) и супероксида (•O2−); может возникать в клетке и вызывать окислительный стресс.
- ФОРМУЛА ГАБЕРА - формула для определения степени токсичности вещества: K = C•t, где C – концентрация токсиканта, t – время его воздействия. Некоторые исследователи К называют константой токсичности. Зависимость эффекта от C и t более или менее остается константой только при остром отравлении (больших концентрациях). При малых концентрациях K сильно изменяется.
Вы можете поддержать канал, перечислив любую доступную вам сумму на кошелёк ЮMoney 4100 1102 6253 35 (или на карту Райффайзенбанка 2200 3005 3005 2776). И поучаствовать в создании книги по материалам этих статей. Заранее всем спасибо!
