鸟粪法案、毒气战，教科书上一带而过的哈伯固氮竟还有这样的剧情

天宝堂一山人 2022-12-21 发布于重庆

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这是一个难以接受的故事……

当今地球上，约有一半人口，是靠一位——来自地狱的化学家养活的。

他在100多年前发明了赡养人类的黑科技。

但当他为此获得诺贝尔奖的时候，却没有科学家愿意与他同台，拒绝和他握手。

还说，他是来自地狱的毒师。

所以，这位化学家究竟做了什么？

今天，我们就来聊聊这个故事。

末日预言

时间回到1798年，一篇长达150多页匿名论文在剑桥大学耶稣学院发表。

论文中精确的预言，世界人口呈指数级增长，但粮食供应呈线性增长，这必将导致粮食产量赶不上人口增长。

所以，如果不控制全球人口，那么末日必将始于饥荒。

这篇论文逻辑严密，数学充分，当时很多科学家看完论文都倒吸一口凉气，纷纷再猜这究竟是哪位教授的高论，还是真的是来自神明的启迪？

3年后，专家们才知道，这篇论文的作者，原来正是大数学家——马尔萨斯（Malthus），他的这篇论文后来被叫做《人口论》，至今这都是经济学的必读经典。

而论文中的那个预言，则被叫做——马尔萨斯陷阱（Malthusian catastrophe）。

但我们知道，马尔萨斯的预言都快过去300年了，好像并没有发生什么末日饥荒啊，难道这不是一个歪理邪说吗？

其实并不是预言不准，而是有化学家出来救场了。

天空之城

1804年，一个头发花白的德国博物学家来到了印加帝国的天空之城。

他叫做冯·洪堡（Alexander von Humboldt）。

他被眼前的巨石奇迹惊呆了，印加人是如何搬运这些巨石的？

冯·洪堡认为，这些巨石的背后其实反映着另外一个印加帝国的人口奇迹。

只要人口足够多，理论上，分工合作是有可能建造这座天空之城的。

但这需要多少人呢？

初步计算下来，他估计，印加帝国当初可能有800万人口。

这个数字太夸张了，因为，这里根本就没有足够养活800万人口的耕地。

冯·洪堡一直在思考，远古印加人就是如何用眼前这些有限的梯田足足养活800万人口的？

玉米、土豆，这些神奇的南美植物已经被欧洲人利用了啊，但是，无论怎么计算下来，这些梯田都无法产出足够的粮食啊。

从高原到丛林再到海岸，冯·洪堡在这里整整考察了两年，终于有一天，他在一座海岛上找到了印加帝国的秘密。

岛上的原住民说，在你们西方人到来之前，印加帝国的官员们每年都要从这里运走很多很多的土壤，岛上的土壤是被诸神祝福过的神物，把它们撒在天空之城的梯田上，庄稼就成倍丰收。

冯·洪堡把这些土壤带回了德国，但20多年过去了，一直没人能破解这些土壤的秘密。

终于在1830年的某一天，冯·洪堡的一个学生让他眼前一亮，这个叫做冯·李比希（Justus von Liebig）小伙儿很擅长化学分析啊，何不让他试试呢？

于是，小伙儿开始分析实验，2年以后，他说，让庄稼成倍丰收的密码就是这些土壤中的氮元素。

这些土壤与其说是它们泥土，不如说它们是鸟粪，它们其实是亿万年来，鸟粪沉积所形成的的物质，含氮量高达20%。

小伙儿的论文石破天惊，英、法、西班牙这些列强们纷纷立刻就反应过来了，全都一股脑的跑到南美去圈地。

然后，南美的鸟粪就成了当时全世界最抢手的战略物资。

比如，后来居上的美国，它竟然还在1856年通过了一部《鸟粪岛法》，说，如果你是美国公民，那么无论你在地球的任何一个地方，发现了一座无人认领，或者不属于任何其他政府管辖范围的鸟粪岛，你都可以代表美国宣誓主权，美国军队将会立刻开拔，给你提供全方位的保护。

这条法令至今依旧有效。

今天，美国通过这条法令占领的著名岛屿就有如下22个，其中不仅有像中途岛、关岛这样的战略要地，还有像美属萨摩亚，这种风景优美、盛产壮汉的岛屿，至于这些岛屿上更多的都市传说，可以参考我们会员频道的太平洋系列故事。

总之，鸟粪算是救了人类一把，让我们暂时跳出了马尔萨斯陷阱。

但是，世界上的鸟粪终究是，挖一勺少一勺的事情啊。

到时候挖完了可怎么办？

果然，在1898年的时候，又有一个叫做威廉·克鲁克斯（Sir William Crookes）化学家再次做出预言，全球鸟粪将在10年后枯竭，计算结果显示，末日饥荒将在1930年准时到来。

但同时，这位化学家还预言，未来必将有一位救世主降临，他将给人类带来一种，从空气中制造面包的魔法。

3年后……

3年后（1892年），一个23岁的化学博士从大学毕业，回到了老爸的染料工厂。

他叫做弗里茨·哈伯（Fritz Haber），超级学霸、顶级富二代。

他像个预言家一样，斩钉截铁的跟老爸说，未来是属于合成化学的时代，老爹你竟然还在用天然染料？

听我的，赶紧把工厂改成合成染料生产线，绝对没错。

很显然，老爹直接拒绝了哈伯的建议。

结果没几天，哈伯又跑来说，老爹，你一定要囤货，囤大量的次氯酸钙，这是目前唯一有效的霍乱药物，眼看着霍乱疫情就要来了，你难道不想靠这个机会在大赚一笔吗？

老爹就这么一个儿子，再怎么说，工厂以后也是要交给他的啊，虽然不靠谱，但也只好硬着头皮让他去试试。

结果哪儿知道，几天之后，老爹直接傻眼了，仓库里堆满了半个德国的次氯酸钙，你小子是真的对钱没有概念吗？

老爹一顿痛批，果然，几周以后，德国靠隔离措施扑灭了霍乱疫情，而那些仓库里的次氯酸钙呢，本来就不稳定，保质期短，只能眼睁睁的看着它们全部烂掉。

从此以后，老爹把哈伯赶回大学，彻底断了培养他来接班的念头……

而这个被老爹赶走的哈伯呢？

谁也不知道，他正是预言中的那个救世主…

1903年·德国巴符堡

一转眼10年过去了，23岁的小哈珀变成了30来岁的学术之星，在化学界混得风生水起。

这天，奥地利的一个化工厂经理写信说，哈博士，我们在工厂的化工产品中，竟然简单到了令人兴奋的氨，这些氨是在1000℃的高温下产生的，我们怀疑，它们会不会来源于空气中的氮气？请哈博士一定看看。

哈伯一看就来了兴趣，这是化工厂阴差阳错完成了人工固氮啊。

而人工固氮，这部正是当年克鲁克斯预言的救世主魔法吗？

其实，化学家们早就发现了，鸟粪的中的氮元素并不神秘，它几乎可以说是地球上最容易获得元素之一，因为，空气中就有78%都是氮气。

但同时，它也是地球上最难获得的元素之一，因为，两个氮气被三个化学键死死的绑定，植物根本就无法拆解这三根化学键，所以，它们并不能直接利用氮气。

自然接种，能被植物利用的氮元素只有两个来源，第一是闪电，只有像闪电那种级别的超级能量，才能击碎氮气中间的那三个化学键，让游历的氮元素与空气中的氧元素和氢元素反应，变成氨基和硝基物质，这样才能被植物利用。

第二个来源是细菌，某些细菌可以分解氮气，让它变成可以被植物利用的有机氮，它们一般共生在植物的根部，为植物提供氮肥，植物也给它们提供营养。

当然，鸟粪是后来人类发现的第三个来源，但其实它也是细菌分解的产物。

所以，在化学家看来，理论上，是一定在一种人工固氮的化学方法，可以把空气中的氮气直接变成可以被植物利用的氨基和硝基，难点就是如何拆解氮气。

哈伯知道，这是当时最前沿的研究方向，美国人正在尝试用人造闪电来轰击，英法化学家则打算用高温高压来暴力破解。

而哈伯在研究这些样品以后却说，我们何不用催化剂来以柔克刚？

接着，哈伯按照信中的描述还原实验，他怀疑是化工锅炉里的铁元素充当了催化剂，于是，一顿实验操作下来，确实也得到了氨，但产量太低，只有不到十万分之五（＜0.005%）的氨含量，看来根本就具有生产价值啊，又是白忙活了一场。

但终归是合成出了氨，于是，哈伯把自己的反应式、实验方法、计算方法全部写成论文，发表了出来。

*Thermodynamik technischer Gasreaktionen，N2+3H2↔2NH3，ΔH=-92.4 kJ/mol*

结果这一发表就闯祸了，当时有个叫做能斯特（Walther Nernst）德国化学家，他只比哈伯大四岁，刚刚发现了热力学第三定律，正在和哈伯竞争化学之星的地位，他一心想打压哈伯，于是发文嘲笑，说，我们的哈博士一定是忽略了设备本身的氮含量，我建议哈博士多看看热力学定律，然后再采用正确方法重新计算。

这下哈伯怒了，他本来不想赶时髦，但现在能斯特都堵到门口来了，必须多合成点氨出来给他看看啊。

6年后……

哪儿知道一转眼过去了6年，哈伯还真的没能多合成点氨出来给能斯特看看。

但哈伯清楚，这都是催化剂的锅，催化剂是一种参与反应的中介物质，它能降低反应所需的能量。

如果自己能找到一种催化剂，把反应温度降到四五百度，把反应压强降到一两百个标准大气压，那么自己就能成功。

但这6年来，哈伯试过无数催化剂，根本就找不到。

当时，哈伯正在给一家灯泡厂做顾问，灯泡厂也在寻找比钨丝更好的灯芯材料。

于是，在灯泡实验的过程中，哈伯关注到了一种叫做锇的元素，直觉告诉哈伯，锇也许就是自己要找的催化剂。

然后，哈伯从灯泡厂里顺走了一些锇。

接着，时间来到了1909年7月2日这一天，哈伯把100g锇粉末加入到反应炉中，开始慢慢的升温加压，然后，当压强和温度分别达到175个标准大气压和550℃的时候，有几滴氨水从导管理滴了出来，哈伯兴奋的冲出实验室，他在喊，都下来，都下来，我搞出氨来了。

这次哈伯没有着急发论文，而是直接通知了巴斯夫公司（BASF），这是德国至今存在的超级化工集团。

巴斯夫公司立刻就派来了当时最顶尖的工业化团队，由今天博世电气创始人的叔父——卡尔·博斯（Carl Bosch）率领，他们又很快帮哈伯把这个制备氨的方法工业化，然后移植到到一座叫做奥帕（Oppau）的化工厂里，奥帕每天能产出5吨氨。

即使到了今天，这个工业制氨的方法也没有太大变化，依旧被叫做哈伯法（Haber Process），或者哈伯-博斯法（aber-Bosch process）。

而在当时呢，这简直就是天顶星级的黑科技。

看着奥帕工厂每天成吨成吨的往外运氨，化学家们都在说，哈伯就是那个救世主，是从空气中合成面包的人。

果然，从哈伯以后，全球农作物的亩产平均增长了4倍，而人口也恰好从18亿增长到了77亿，正好是4倍多一点点。

这就是为什么说哈伯养活了当今一半人口的真正原因，是他的发明，让人类掌握了使用氮气制造氨肥的能力，从某种意义上来说，你我今天都是被哈伯养活的，因为，哪怕除了粮食，你我体内也还有至少一半的氮元素，是都来源于哈伯法，而这些氮元素又是组成你我DNA、RNA等等重要分子的基础元素。

所以，从那以后，哈伯成了当之无愧的化学之星，不仅通过合成氨的专利赚了数也数不清的钱，还被德皇提拔，成为了威廉皇帝学会的化学研究所主任，与此同时，爱因斯坦、波恩、普朗克，这些同时期的德国科学家也都成了哈伯的好朋友。

尤其是爱因斯坦，他和哈伯的私人关系非常好，在1914年，爱因斯坦被第一任老婆净身出户的时候，有很长一段时间都是借住在哈伯家里。

但是，就是这样一位化学之星，怎么就在1918年，颁发诺贝尔奖的时候，变成了科学家眼中的地狱毒师呢？

这背后的故事，我们大概可以从2年前的一则旧闻说起……

2020年·黎巴嫩

2年前，黎巴嫩首都发生大爆炸，爆炸画面被很多网友记录了下来，现场升起了蘑菇云，看上去非常恐怖。

其实，这场大爆炸是因为一家硝酸铵工厂失火所导致的。

硝酸铵工厂，也就是利用哈伯法，专门生产硝酸铵的化工厂。

前面我们说过，氮气有三个化学键，非常稳固，需要施加高温高压，用极大的能量才能打开这三个化学键。

但同样的道理，当这三个化学键重新形成的时候，它也将释放极大量的能量。

比如，TNT，三硝基甲苯爆炸，2C7H5N3O6 → 12CO + 5H2 + 3N2 + 2C

诺贝尔炸药，硝酸甘油爆炸，4C3H5N3O9→12CO2+10H2O+5N2+2NO

包括硝酸铵爆炸，2NH4NO3 →4H2O + 2N2 + O2

这些反应中，都有大量氮气形成。

所以，这就是黎巴嫩大爆炸的化学原理，3000吨硝酸铵被引爆，地中海地震中心直接检测到了一场里氏3.3级的人造地震。

而这些硝酸铵的背后，你又想到了什么呢？

就在哈伯的事业蒸蒸日上的时候，1914年，德皇威廉二世悍然发动第一次世界大战，和谴责战争的爱因斯坦不一样，哈伯是一个爱国者。

他在战争爆发后，立刻志愿入伍，还说自己的专长能够用来为国家服务。

于是很快，军方就收到了一封来自哈伯的信，信中说，德军弹药即将耗尽，我生产的硝酸铵，除了是最高效的化肥，也是最强悍的炸药。

接着，哈伯开始一家家游说那些制造化肥的工厂，只要工厂愿意，哈伯可以让他们的生产线一夜之间变成生产炸药的流水线，就这样，源源不断的硝化炸药被送往兵工厂，变成了炮弹，变成了鱼雷，德军一路高歌猛进。

但没多久，德军又陷入了泥潭，因为，在漫长的陆军防线上，战壕纵横交错，德军根本无法推进。

同时，法国前线还出现了一种新式武器——催泪弹。

于是，在1915年的2月，哈伯被邀请参加了一场德军化学武器的现场测试，现场留下了这张照片，哈伯穿着军装，指着手说，这个武器方案不行，我可以做得更好。

哈伯说，自己可以制造一种比空气重，能沉到对方战壕里面，而且只需要极低浓度就能杀死战壕里所有士兵的超级武器，军方都以为哈伯是在吹牛。

但回到实验室，哈伯的同事们就责问他——你是打算使用氯气吗？

那太不人道了，氯气会和眼睛、鼻腔还有呼吸道以及肺泡里的水反应，生成盐酸和次氯酸，你是要活活的在陆地上烧死、淹死所有人吗？《海牙公约》也明令禁止使用毒气弹啊。

哈伯却反驳说，首先使用化学武器的是法国人，更何况，死亡就是死亡，没有什么人道不人道的问题，死于飞溅的弹片还是死于毒气这并没有任何区别，不要因为看不到冒着枪林弹雨冲锋的骑士精神，就说毒气比弹片更邪恶，相反，毒气比那些弹片给人体造成的残缺更小。

到了4月22日，哈伯亲自来到了比利时前线，他组织了一个由150名科学家和1300多名技术人员组成的化学部队，他们乘着风势释放出了168吨氯气……

厚重的毒气像一面黄绿色的墙，一步步淹向了协约军的战壕，士兵们一个个爬出战壕，死状极其残忍，就连跟在墙后面的德军都没有想到，哈伯的武器竟然这么恐怖，阵地上是一片寂静，连呻吟声都听不到……

就这样，在第一次攻击中，就有5000多名协约军死亡，15000多人受伤。

看着寂静的战场，哈伯的一位助理（Otto Hahn）问他，我们释放了来自地狱的恶魔吗？

哈伯却安慰他说，如果这样能让战争快点结束，那么无数人将会因此获救。

*《空气的炼金术-托马斯·哈格尔（Thomas Hager. The Alchemy of Air）》*

还有一个当事人回忆说，在研制武器的这几个月当中，哈伯总是满怀热情的赶往前线，一次次大无畏的穿越测试区，而他的妻子呢，看上去是一位非常紧张的女士，她曾经激烈的反对哈伯陪同毒气部队上前线。

但是，后来哈伯还是去了，并且在5月1日，当哈伯凯旋而归的时候，又发生了这样一件事儿。

克拉拉

哈伯的妻子叫做克拉拉（Clara Immerwahr），和哈伯一样，也是一名犹太人。

她们家祖上经营皇室业务，父亲开了一家很大的糖料工厂和哈伯门当户对，而且，克拉拉也是一个超级学霸。

她是普鲁士雷斯劳大学（今弗罗茨瓦夫大学）化学系的第一位女博士。

在当时，克拉拉就是一个象征现代女性的大众明星。

但是，在5月1日的庆功晚宴上，克拉拉似乎一直心不在焉，其他人都在恭贺他的丈夫晋升上尉，而她却只是似笑非笑的回应。

宴会结束的时候，哈伯吃了几颗安眠药，准备好好睡上一觉，但是，就在那天深夜，克拉拉拿出了哈伯的手枪，一个人走到庭院里，然后，对准自己的心脏开了一枪。

枪声惊醒了12岁的儿子——赫尔曼·哈伯（Hermann Haber），他跑到庭院里，抱着血泊中的母亲，就那样无助的看着母亲死在了自己怀里。

第二天一早，我们哈伯上尉，却照旧登上了前往东线的火车，他还要赶过去指导那边的部队使用氯气……

有人说，克拉拉之所以自杀，是因为她对丈夫的行为感到羞愧。

但事实上，这是一个千古悬案，我们至今都不知道她为什么这么做。

后来有很多传记作家们都指出，羞愧也许只是压垮精神的最后一根稻草，在婚姻生活中，克拉拉为哈伯牺牲了很多，哈伯是一个醉心于实验的人，把家庭和体弱多病的儿子一股脑的甩给克拉拉，克拉拉失去了自己的生活。

她本来也是一名化学天才，甚至有可能当年哈伯制氨的实验数据，也都是她在背后帮丈夫一点点辛苦计算。

有一年，克拉拉精心准备了好几个月的学术交流会，但到临时她却由于照顾哈伯而染上白喉无法参加。

她曾经在一封信里跟朋友说，每个人都有权利过自己的生活，但并没有权利在培养怪癖的同时还高高在上，蔑视别人，在正常生活中，我认为即使是一个天才也不应该有这种行为，除非他独自一人生活在一座废弃的小岛上，哈伯在这八年中获得了多少荣誉，我就失去了多少，甚至那些留给我的，全是强烈的不满…… 我抑郁至极，生不如死。

由此可见，克拉拉在与哈伯的婚姻中，即使没有对化学武器的争论，她也已经充满了沮丧。

克拉拉自杀之后，哈伯依旧埋头在实验室里工作，继续研究化学武器、防毒面具，以及各种可以进一步提高粮食产量的杀虫剂。

到1917年的时候，哈伯已经掌管了一间庞大的国家级研究所。

研究所雇佣了1500多名员工和150多名科学家，他们日夜不停的研究，又为德军输送了像芥子气这类，更加残酷的化学武器。

据统计，一战当中，共有至少5万吨毒气被用于战争，造成100多万人残疾或伤亡，至少8.5万人直接死亡。