ГАБЕР, ФРИЦ

ГАБЕР, ФРИЦ (Haber, Fritz) (1868–1934), немецкий химик, удостоенный в 1918 Нобелевской премии по химии за синтез аммиака.

Выдающийся немецкий ученый Фриц Габер родился в 9 декабря 1868 в Бреслау (ныне Вроцлав, Польша) в семье коммерсанта. В детстве получил очень хорошее образование, включающее классические языки. Химическое образование получил в Берлине и Гейдельберге. После получения докторской степени долго не мог найти дело по душе. В 1891–1894 он переменил много мест; работал на винокуренном заводе, потом на фабрике удобрений, в текстильной компании и даже агентом по продаже красителей, производимых на фабрике его отца. Настоящая его карьера началась в Высшей технической школе в Карлсруэ, куда он в 1894 устроился ассистентом. Там он занялся новой для себя областью – физической химией. Чтобы получить должность приват-доцента, он провел исследования по разложению и горению углеводородов. А через несколько лет он стал профессором химии. В 1901 Габер женился на своей коллеге Кларе Иммервальд, которую знал с детства. Одаренный химик, она после замужества отказалась от научной карьеры в пользу семьи.

В течение ряда лет Габер занимался проблемами электрохимии, детально изучил процесс восстановления нитробензола при его электролизе. В 1909 изобрел стеклянный электрод, который с тех пор применяется во всех лабораториях мира для измерения кислотности растворов (см. статью ВОДОРОДНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ, pH). Габер провел также пионерские исследования по топливным элементам, но только спустя столетие они нашли практическое применение. Результатом исследований в области электрохимии стал учебник по этой сравнительно новой отрасли химии. Органичное соединение теории и практики в этой книге можно считать кредо всей его дальнейшей бурной деятельности. Значительный вклад внес Габер и своими исследованиями в области термодинамики. Разработанный им совместно с немецким физиком Максом Борном метод расчета энергии кристаллической решетки (так называемый цикл Борна – Габера) излагается во всех учебниках по физической химии.

В 1904 внимание Габера привлекла проблема, которая стала главной в его жизни. Это была проблема связанного азота. Германия, как и другие промышленно развитые страны, чрезвычайно нуждалась в селитре. Во-первых, это было единственное доступное азотное удобрение. Во-вторых, сама селитра использовалась для производства черного пороха, а получаемая из селитры азотная кислота была незаменима для получения еще более мощных взрывчатых веществ – нитроглицерина, пироксилина, тротила и других (см. статью ВЗРЫВЧАТЫЕ ВЕЩЕСТВА). Единственным (и, как потом выяснилось, весьма ненадежным) источником связанного азота была привозная чилийская селитра (см. статью АЗОТНЫЕ УДОБРЕНИЯ ). Надо было научиться получать соединения азота из его неиcчерпаемого источника – воздуха. Одним из способов связывания газообразного азота был синтез аммиака, из которого можно было далее получить азотную кислоту и нитраты (см. статью АММИАК). Габер начал изучать возможность этого синтеза с измерения равновесного количества аммиака в смеси азота с водородом при разных условиях. Оказалось, что при атмосферном давлении аммиак образуется в ничтожных количествах. Тогда Габер решил «подстегнуть» процесс с помощью электрических искр. Результат был почти нулевым. Не помогла и электрическая дуга, и нагрев до 1000° С, после чего Габер счел работу бесперспективной и прекратил ее. Однако в дело вмешался выдающийся физикохимик того времени, профессор Берлинского университета Вальтер Нернст. Он сообщил, что результаты Габера не согласуются с его, Нернста, теоретическими расчетами и экспериментальными данными. Честолюбивый Габер был уязвлен. Он повторил измерения при повышенных давлениях. Оказалось, что процесс может стать рентабельным при давлениях порядка 200 атм. Но никто и никогда не применял еще таких огромных давлений в промышленности: для этого не было ни материалов, ни аппаратуры. Кроме того, чтобы процесс шел быстро, нужно было проводить его при высоких температурах. Однако с повышением температуры быстро снижался выход аммиака. Компромисса можно было достичь путем снижения температуры, компенсируя его путем использования катализатора, ускоряющего реакцию. Габер такие катализаторы нашел – это были редкие и дорогие металлы осмий и уран. При давлении 200 атмосфер и температуре 500° С процесс (пока только в лабораторных условиях) пошел. В 1908 Габеру впервые удалось получил на полупромышленной установке жидкий аммиак.

В июне 1909 Габер предложил свой процесс известному химическому концерну «Баденская анилино-содовая фабрика» (БАСФ). Компания проектом заинтересовалась, но надо было решить сложнейшие инженерно-технические проблемы. Например, при высоких давлениях водород делал хрупкой самую прочную сталь. Проблема конструирования реактора, работающего при высоких давлениях, а также подбора дешевого и эффективного катализатора была решена талантливым инженером-химиком БАСФ Карлом Бошем. Важную роль при этом сыграл сотрудник БАСФ Пауль Митташ, предложивший в качестве катализатора железа, активированное добавками оксидов алюминия и калия – промоторами (от латинского promoveo – двигать вперед, продвигать). Об усилиях, затраченных на поиски наиболее эффективной технологии синтеза аммиака, свидетельствует такой факт: с 1903 по 1919 в качестве катализатора синтеза аммиака было испытано около 4000 различных веществ! Очень важно было решить и проблемы с аппаратурой: первые установки работали не более нескольких часов, а потом взрывались. Кроме того, очень важно было тщательно очищать водород от примесей, которые отравляли катализатор, быстро снижая его активность.

К 1913 стараниями Боша инженерные проблемы были решены. Метод получил название «синтез Габера – Боша». А в 1914 завод БАСФ в Оппау близ Людвигсхафена (в 70 км к югу от Франкфурта) уже давал ежедневно по 20 тонн аммиака. Синтетический аммиак дал стране лекарства и красители, удобрения и взрывчатые вещества, а Габеру – известность, славу и... немалые доходы. По беспрецедентному контракту с БАСФ Габер получал 1 пфенниг за каждый килограмм произведенного аммиака, то есть 10 марок за тонну. Вскоре Габер стал мультимиллионером. А Германия получила возможность вести длительную войну. Историки науки считают, что работа Габера с сотрудниками существенно повлияла на мировую историю. Действительно, в 1914 британский флот блокировал Германию, в результате чего она лишилась чилийской селитры. А без пороха Германия не смогла бы продержаться и нескольких месяцев, так что без синтетического аммиака она вообще вряд ли решилась бы вступить в войну! К 1918 Германия производила по методу Габера – Боша уже более двух миллионов тонн связанного азота.

Еще более важным оказался синтез аммиака для сельского хозяйства. Согласно статистическим отчетам тех лет, средняя урожайность основных культур в Германии в довоенные годы сразу выросла в 1,5 раза. После войны, когда производство пороха было свернуто, завод в Оппау во все большем количестве производил азотные удобрения. В 1921 он был разрушен мощнейшим взрывом, но вскоре восстановлен.
Кроме чисто практического, достижение Габера имело и огромный научный интерес. В протокольном решении Шведской академии наук от 13 ноября 1919 записано: «Присудить Нобелевскую премию по химии 1918 г. Фрицу Габеру за синтез аммиака из составляющих его элементов» (премия 1918 была зарезервирована для присуждения в следующем году – в военные годы это было обычным решением). Нобелевский комитет посчитал (и, видимо, справедливо), что мирное применение результатов Габера важнее, чем военное. Вручена же премия была лишь в июне 1920. А в 1931 своего часа дождался и Карл Бош: ему, совместно с немецким ученым Фридрихом Бергиусом была присуждена Нобелевская премия по химии «за разработку и использование в химии методов высокого давления».

В 1911 богатый промышленник Леопольд Коппель предложил основать в тогдашнем пригороде Берлина Далеме Институт физической химии и электрохимии при условии, что его директором будет Габер. Тот согласился и проявил, помимо научных, выдающиеся организаторские способности. Возглавляемый им институт, директором которого Габер был в течение 22 лет, вскоре стал мировым лидером в области физической химии.
Война резко изменила судьбу Габера. Он оказался под сильнейшим влиянием шовинистической идеологии. Считая себя истинным патриотом, «хорошим немцем», он решил все силы отдать служению Германии и как знающий химик, и как опытный организатор. Своих коллег Габер также призывал отдавать все силы и способности «на благо отечества». Над его письменным столом висел портрет кайзера Вильгельма II с личной подписью императора, и оставался там вплоть до эмиграции Габера в 1933. С первых же дней войны Габер вошел в состав Военно-химического департамента, а в 1916 году возглавил его. Он работал в области химии отравляющих веществ, принимал участие в разработке химического оружия, лично инспектировал первое использование хлора в сражении при Ипре в 1915. Будучи руководителем и организатором военно-химической промышленности Германии, Габер нес персональную ответственность за «внедрение» в военное дело химического оружия. Отвечая своим критикам, в том числе и в своем окружении, Габер заявлял, что такова судьба любого нового вида оружия, и что применение ядовитых газов принципиально ничем не отличается от применения бомб или снарядов. Среди критиков была и его жена, умолявшая его отказаться от работ с ядовитыми газами. Когда уговоры не подействовали, она в 1915 покончила с собой. После окончания войны многие ученые выступили против присуждения Габеру Нобелевской премии, а страны Антанты внесли его имя в список военных преступников, подлежащих выдаче.

После поражения Германии в Первой мировой войне комиссия союзников установила в апреле 1921 гигантскую сумму репараций, которые Германия должна была выплатить странам-победительницам: 132 миллиарда золотых марок. Если учесть, что до войны 1 золотая марка содержала 0,358 423 г чистого золота, немцам предлагалось изыскать почти 50 000 тонн золота, что было абсолютно нереально.
Габер снова взялся помочь отечеству. Он, как, впрочем, и все химики, знал, что реки, особенно протекающие в золотоносных районах, ежегодно выносят в моря и океаны большое количество золота. По данным разных исследователей, полученным еще в 19 в., в 1 т морской воды содержится от 2 до 65 мг золота. Габер решил найти способ извлекать это золото из воды в промышленных масштабах. И тут Габер проявил всю мощь своей энергии и таланта.

В полной секретности начались подготовительные работы. Два года ушло только на совершенствование методов анализа сверхмалых концентраций золота в воде. Габер использовал способность небольших количеств свинца, осаждаемого из раствора в виде нерастворимого сульфида PbS, увлекать с собой в осадок все золото, содержащееся в воде. После отделения осадка его превращали восстановлением в свинец и переплавкой получали маленький шарик (королек), содержащий также и золото. Свинец удаляли прокаливанием (он при этом превращался в оксид PbO), а то, что оставалось, сплавляли с бурой. В этом расплаве и содержалось микроскопическое зернышко золота, размеры которого можно было установить только под микроскопом. Зная размеры и плотность золотого шарика, легко рассчитать его массу. Этот же процесс Габер решил положить и в основу промышленного извлечения золота из морской воды.

Первые анализы дали обнадеживающие результаты: от 5 до 10 мг золота на тонну воды. Это означало, что во всех морях и океанах содержится в от 7 до 14 миллиардов тонн драгоценного металла. Габер решил уточнить содержание золота в разных точках мирового океана: может быть, найдутся более богатые золотом области? В 1925 секретная экспедиция на специально оборудованном исследовательском судне, курсируя в Атлантическом океане между Европой, Америкой и Африкой, отобрала свыше 5000 проб воды, которые в опломбированных сосудах были посланы в Берлин. Еще несколько сотен проб были получены из других мест, в частности, из Северного Ледовитого океана (здесь работали коллеги Габера из СССР).

Результаты были уничтожающими: оказалось, что все предыдущие анализы были неверны, и в тонне воды содержится не 5–10 мг, а в сотни раз меньше – не более 0,01 мг золота. Примерно столько же золота нашел Габер и в рейнской воде, хотя Рейн и протекает через золотоносные районы. Таким образом, получалось, что золото из морской воды обойдется гораздо дороже добытого обычными способами. Недаром Габер после многолетних усилий заявил: «Я отказываюсь искать сомнительную иголку в стоге сена». А ведь Габер действительно создал оригинальный метод добычи золота из чрезвычайно разбавленных растворов!

Но Габер не унывал. Он продолжал активную научную работу в области физической химии. А главное – способствовал восстановлению научного потенциала Германии. В своем институте он собрал блестящих ученых, среди которых он пользовался большим авторитетом. Как вспоминал немецкий ученый Пауль Хартек, «каждый, кто когда-либо сталкивался с Габером, на всю жизнь оставался под впечатлением его личности. Хотелось бы упомянуть одного из его ассистентов; проработав с Габером много лет, он настолько проникся его мыслями образом жизни, что не только стал говорить и действовать, как его шеф, но даже изменил свой почерк настолько, что он стал почти неотличимым от габеровского...».

Сотрудники Габера работали во всех областях физической химии. Отделы института возглавляли ведущие физикохимики с мировыми именами; ими были выполнены пионерские работы в области коллоидной химии, спектроскопии, фотохимии, химической кинетики, электрохимии... Институт физической химии и электрохимии (сейчас он заслуженно носит имя своего организатора и первого директора) поддерживал связи с множеством химиков во всем мире. А семинары Габера по различным вопросам физической химии были известны во всей Европе. Габер возобновил контакты с химиками многих стран мира; он представлял Германию на международных конференциях. И все это – при ужасающем состоянии экономики в Веймарской республике. Накопленное ранее Габером состояние было обесценено гиперинфляцией, но БАСФ заключила с ним новый контракт, который давал ему значительные средства.

Казалось, для Габера вновь наступили счастливые времена. В 1922–1924 он избирался президентом Немецкого химического общества; с 1932 Габер – иностранный почетный член Академии наук СССР. Однако его карьера неожиданно и быстро закончилась в марте 1933. Огромные заслуги перед немецким государством и многолетняя поддержка германского империализма не помогли Габеру после прихода к власти нацистов. Ему сразу же напомнили еврейское происхождение, хотя и сам Фриц, и его отец, который вполне ассимилировался в немецкое общество, были весьма далеки от иудаизма. Более того, чтобы способствовать своей карьере, Габер еще в молодости крестился и стал членом протестантского прихода в Карлсруэ. Однако по расистским законам это не имело никакого значения. Как заметил английский исследователь Дж.Э.Коутс в статье, посвященной пятилетию со дня смерти Габера, «этот великий немецкий химик, солдат и патриот стал просто евреем Габером...». Уже в апреле 1933 Габеру сказали, что он должен уволить всех сотрудников-евреев, но сам он, ввиду заслуг перед Германией, может остаться. Оскорбленный ученый отказался и ушел в отставку, заявив, что более сорока лет выбирал себе сотрудников по их способностям, а не по национальности их бабушек, и не желает отказываться от этого метода, который вполне себя зарекомендовал. Летом 1933 он уехал из Германии, приняв предложение Кембриджа. Однако резко ухудшившееся здоровье заставило его покинуть Англию. Кроме переменчивой английской погоды, были и более серьезные причины. Многие ученые не простили Габеру его деятельность в годы войны. Габер возвратился в Европу и умер в Швейцарии в Базеле 19 января 1934, всего через полгода после своей отставки.

Спустя год, 29 января 1935, члены научного Общества кайзера Вильгельма решили организовать заседание, посвященное памяти Габера. Немедленно последовал запрет официальных властей, а Союз немецких химиков, лояльный новым властям, призвал своих членов игнорировать заседание. Все же, благодаря усилиям Макса Планка, заседание состоялось. Примечательно, что решение Нобелевского комитета о присуждении премии Планку было принято в тот же день, что и решение о премировании Габера. А после Второй мировой войны Общество кайзера Вильгельма было переименовано в Общество Макса Планка.

Слова Габера о том, что «благосостояние и процветание человечества требуют сотрудничества всех народов, которые взаимно дополняют друг друга естественными богатствами и научным опытом» звучат особенно актуально в начале 21 века. А полная противоречий жизнь и деятельность выдающегося деятеля науки и промышленности дает богатую пищу для размышлений и служит уроком следующим поколениям ученых.
Илья Леенсон