Premio Nobel de Química a Fritz Haber

Revisando los registros del Premio Nobel de Química, se puede ver que no hubo premio entre 1916 y 1917, porque durante este período Europa vivía la Primera Guerra Mundial. El premio se entregó en 1918. y el Premio de Química fue otorgado al químico Haber. Esto suscitó una discusión entre los científicos. Algunos científicos de Gran Bretaña, Francia y otros países expresaron públicamente su oposición, ya que creían que el Hubble no estaba calificado para recibir este honor. ¿Por qué es esto?

Con el desarrollo de la agricultura, la demanda de fertilizantes nitrogenados está creciendo rápidamente. Antes del siglo XIX, la fuente de fertilizantes nitrogenados necesarios en la agricultura procedía principalmente de subproductos orgánicos, como estiércol, torta de semillas y abono verde. En 1809 se descubrió en Chile un gran depósito de nitrato de sodio que fue rápidamente explotado. Por un lado, este recurso mineral es limitado y, por otro, la industria militar también requiere una gran cantidad de salitre para producir explosivos, por lo que hay que encontrar otra forma de solucionar la fuente de fertilizante nitrogenado.

Algunos químicos con visión de futuro señalaron: considerando el problema alimentario futuro, para salvar a las generaciones futuras del hambre, debemos esperar que los científicos puedan lograr la fijación del nitrógeno atmosférico. Por lo tanto, fijar el abundante nitrógeno en el aire y convertirlo en una forma utilizable se convirtió en una cuestión importante que atrajo la atención y la preocupación de muchos científicos a principios del siglo XX. Haber es uno de los químicos que se dedica a la investigación experimental y teórica sobre las condiciones del proceso de síntesis de amoníaco.

La producción industrial de amoníaco utilizando nitrógeno e hidrógeno como materias primas alguna vez fue un tema difícil. Desde el primer desarrollo en laboratorio hasta la producción industrial se necesitaron unos 150 años. En 1795, alguien intentó sintetizar amoníaco a presión normal, y más tarde alguien lo intentó a 50 atmósferas, pero todos fracasaron. En la segunda mitad del siglo XIX, los grandes avances en la química física hicieron que la gente se diera cuenta de que la reacción de sintetizar amoníaco a partir de nitrógeno e hidrógeno es reversible. El aumento de la presión empujará la reacción en la dirección de producir amoníaco: el aumento de la temperatura moverá la reacción hacia adentro. en la dirección opuesta. Sin embargo, si la temperatura es demasiado baja, la velocidad de reacción será demasiado pequeña; el catalizador tendrá un impacto importante en la reacción. En realidad, esto proporciona una guía teórica para los experimentos de síntesis de amoníaco. En aquel momento, la autoridad en química física, Nernst de Alemania, señaló claramente que el nitrógeno y el hidrógeno pueden sintetizar amoníaco en condiciones de alta presión y proporcionó algunos datos experimentales. El químico francés Le Chatery fue el primero en intentar realizar un experimento de síntesis de amoníaco a alta presión, pero abandonó este peligroso experimento porque se mezcló oxígeno con la mezcla de nitrógeno e hidrógeno, lo que provocó una explosión. Haber, que tenía una buena base en la investigación física y química, estaba decidido a superar este enorme problema.

El Hubble realizó por primera vez una serie de experimentos para explorar las condiciones físicas y químicas óptimas para la síntesis de amoníaco. Algunos de los datos que obtuvo en el experimento eran diferentes de los de Nernst. No siguió ciegamente la autoridad, sino que se basó en experimentos para probar y finalmente confirmó que los cálculos de Nernst eran incorrectos. Con la ayuda de un estudiante del Reino Unido, Rosenau, Haber diseñó con éxito un conjunto de equipos adecuados para experimentos de alta presión y un proceso para sintetizar amoníaco. Este proceso consiste en soplar vapor de agua sobre el coque caliente para obtener casi una mezcla de. volúmenes iguales de monóxido de carbono e hidrógeno. El monóxido de carbono reacciona además con vapor de agua bajo la acción de un catalizador para obtener dióxido de carbono e hidrógeno. Luego, el gas mezclado se disuelve en agua bajo cierta presión y el dióxido de carbono se absorbe, produciendo así hidrógeno más puro. De manera similar, el vapor de agua se mezcla con una cantidad adecuada de aire y se pasa a través de carbón al rojo vivo. El oxígeno y el carbono en el aire generan monóxido de carbono y dióxido de carbono, que se absorben y eliminan, obteniendo así el nitrógeno requerido.

La mezcla de gases de nitrógeno e hidrógeno sintetiza amoniaco bajo alta temperatura, alta presión y la acción de un catalizador. Pero, ¿qué tipo de condiciones de alta temperatura y presión son óptimas? ¿Qué tipo de catalizador es mejor? Esto todavía requiere mucho esfuerzo para explorar. Con perseverancia, después de continuos experimentos y cálculos, el Hubble finalmente logró resultados inspiradores en 1909. Esto significa que en condiciones de alta temperatura de 600°C, una presión de 200 atmósferas y osmio como catalizador, se puede obtener una síntesis de amoníaco con un rendimiento de aproximadamente el 8%. Una tasa de conversión del 8% no es alta y ciertamente afectará los beneficios económicos de la producción. Haber sabía que la reacción de síntesis de amoníaco no podía alcanzar una tasa de conversión tan alta como la producción de ácido sulfúrico, donde la tasa de conversión de la reacción de oxidación del dióxido de azufre era casi del 100%. ¿Qué hacer? Haber cree que este proceso es factible si el gas de reacción puede circular a alta presión y el amoníaco generado por la reacción se separa continuamente de este ciclo. Así diseñó con éxito el proceso de reciclaje de gas bruto. Este es el proceso de Haber para la síntesis de amoníaco.

Salir del laboratorio y realizar la producción industrial todavía requerirá mucho trabajo. Después de que Haber patentara el proceso que había diseñado, lo entregó a Baden Aniline and Soda Ash Manufacturing Company, la empresa química más grande de Alemania en ese momento. Inicialmente, la empresa planeó utilizar el método del arco para producir óxido de nitrógeno y luego sintetizar amoníaco. Al comparar los dos, la compañía inmediatamente canceló el plan original y organizó personal técnico y de ingeniería encabezado por el experto en productos químicos Bosch para poner en práctica el diseño de Haber.

En primer lugar, basándose en el flujo del proceso de Haber, encontraron un método más razonable para producir una gran cantidad de materias primas baratas, nitrógeno e hidrógeno. A través de experimentos, se dieron cuenta de que aunque el osmio es un muy buen catalizador, es difícil de procesar porque se convierte fácilmente en tetraóxido volátil cuando entra en contacto con el aire. Además, las reservas de este metal raro son muy pequeñas en el mundo. . El segundo catalizador sugerido por Haber fue el uranio. El uranio no sólo es caro, sino que también es sensible a trazas de oxígeno y agua.

Para encontrar un catalizador eficiente y estable, realizaron hasta 6.500 experimentos y probaron 2.500 fórmulas diferentes en dos años, y finalmente seleccionaron un catalizador de hierro que contenía promotores de plomo y magnesio. El desarrollo de equipos de alto voltaje adecuados también es clave para el proceso. En aquella época, el acero con bajo contenido de carbono podía soportar 200 atmósferas de presión, pero temía la descarburación y la corrosión por el hidrógeno. Bosch pensó en muchas formas y finalmente decidió agregar una capa de hierro forjado al tubo de reacción de acero con bajo contenido de carbono. Aunque el hierro forjado no tiene resistencia, no teme a la corrosión por hidrógeno, lo que finalmente resolvió el problema.

La idea de Haber de sintetizar amoníaco finalmente se hizo realidad en 1913, y se construyó y puso en funcionamiento una planta de amoníaco sintético con una producción diaria de 30 toneladas. Desde entonces, la síntesis de amoníaco se ha convertido en una parte muy activa y de rápido desarrollo de la industria química. La creación del método de producción de amoníaco sintético no solo abrió una vía para obtener nitrógeno fijo, sino que, lo que es más importante, la realización de este proceso de producción tuvo un impacto significativo en el desarrollo de todo el proceso químico. La investigación sobre el amoníaco sintético proviene de una orientación teórica correcta y, a su vez, la investigación y las pruebas de la tecnología de producción de amoníaco sintético promueven el desarrollo de teorías científicas. En vista de la realización de la producción industrial de amoníaco sintético y el fomento del desarrollo de la teoría química mediante su investigación, fue acertado decidir conceder el Premio Nobel de Química a Haber. La aceptación de Harper de este premio es bien merecida. Algunos científicos británicos y franceses creen que Haber no es elegible para ganar el Premio Nobel. ¿Por qué? Algunas personas alguna vez creyeron que sin el establecimiento de la industria del amoníaco sintético, Alemania no tendría suficientes reservas de armas y el ejército no se atrevería a lanzar precipitadamente la Primera Guerra Mundial. Con la industria del amoníaco sintético, el amoníaco se puede oxidar a nitrato para asegurar la producción de pólvora. De lo contrario, la pólvora no se puede garantizar únicamente con el salitre chileno. Por supuesto, los científicos no son directamente responsables de que ciertos inventos y creaciones científicas se utilicen en guerras injustas. Las críticas a Haber por parte de los círculos científicos británicos y franceses se centraron más en la actuación de Haber en la Primera Guerra Mundial.

En 1906, Haber se convirtió en profesor de química en la Universidad de Karlsruhe. En 1911, fue nombrado director del Instituto Wilhelm de Química Física y Electroquímica cerca de Berlín, y al mismo tiempo se desempeñó como profesor en la Universidad. de Berlín. Cuando estalló la guerra mundial en 1914, el ciego entusiasmo patriótico suscitado por el chovinismo nacional involucró profundamente a Harper en el vórtice de la vieja guerra. El laboratorio que dirigió se convirtió en una importante institución militar al servicio de la guerra: Haber se encargó del suministro y desarrollo de los materiales necesarios para la guerra, especialmente en el desarrollo de gases de guerra. Una vez creyó erróneamente que los ataques con gas venenoso eran una buena manera de poner fin a la guerra y acortarla, por lo que se desempeñó como director científico de la guerra con gas venenoso de Alemania durante la guerra.

Según la sugerencia de Harbin, en enero de 1915, el ejército alemán colocó cilindros que contenían cloro gaseoso al frente de la posición y utilizó el viento para soplar el cloro gaseoso hacia las posiciones enemigas. La primera prueba de campo fue un éxito. El 22 de abril de ese año, durante la Batalla de Ypres lanzada por el ejército alemán, en una posición avanzada de 6 kilómetros de ancho, el ejército alemán liberó 180 toneladas de cloro gaseoso en 5 minutos. El gas venenoso de color amarillo verdoso, aproximadamente un. persona de altura, corre por el suelo con la fuerza del fénix hacia las posiciones británicas y francesas (el cloro gaseoso tiene una gravedad específica más alta que el aire, por lo que desciende al nivel inferior y se mueve por el suelo), entra en las trincheras y se queda. allá. Esta ola venenosa provocó que las tropas británicas y francesas sintieran dolor en la nariz y la garganta, y luego algunas personas murieron asfixiadas. Los soldados británicos y franceses estaban tan asustados que entraron en pánico y huyeron en todas direcciones. Se estima que unos 15.000 soldados británicos y franceses fueron envenenados. Este fue el comienzo de la guerra química moderna que utilizó venenos letales a gran escala por primera vez en la historia militar. Desde entonces, ambos bandos de la guerra han utilizado gases venenosos y se han desarrollado nuevos tipos de gases venenosos. Ni siquiera las autoridades alemanas habían calculado las víctimas causadas por el gas venenoso. Sin embargo, el uso de gases venenosos y armas químicas fue condenado unánimemente por los pueblos de los países europeos. Los científicos incluso criticaron este comportamiento inhumano. En vista de esto, los científicos de Gran Bretaña, Francia y otros países, naturalmente, se opusieron a la concesión del Premio Nobel de Química a Haber. Haber también quedó muy conmocionado mentalmente. Poco después de terminar la guerra, temió ser considerado un criminal de guerra y huyó al campo durante unos seis meses.