52．一项关系国计民生的技术——20世纪上半叶化学肥料的发明与应用

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52．一项关系国计民生的技术——20世纪上半叶化学肥料的发明与应用

俗话说：“庄稼一枝花，全靠肥当家。”但是，在20世纪之前，农作物所需要的氮肥，来源却是十分有限的。

19世纪初，在智利的沙漠地区，人们发现了一个很大的硝酸钠矿，于是，很快得到了开采，到19世纪中叶，世界上所使用的氮肥就主要来自智利的这一矿床。但是，由于天然硝石的产量毕竟极其有限，智利的这个矿也只够开采几十年，所以，当时在世界上十分珍稀。除了稀少之外，从美洲到欧洲遥远的距离也是一个不利的重要原因。

到了19世纪后期，随着炼焦工业在欧洲各国的逐渐兴起，人们又发现，用炼焦的副产品氨为原料，可以制成硫酸铵，作为氮肥来使用，这样，廉价的炼焦副产品又逐步成为氮肥的另一个来源。但是，还是远远满足不了需要。当时农业上所使用的氮肥主要来自有机物的副产品，比如：人和畜的粪便、花生饼、豆饼、臭鱼烂虾及动物的下脚料等等。除此之外，还有极少量的氮素来自雷雨放电而形成的氮氧化物。

随着农业生产的发展和地球人口的不断增加，天然氮化合物的数量已越来越无法满足农作物生长的需要，世界各国越来越迫切要求建立规模巨大的生产氮化合物的工业。

1898年，英国物理学家克鲁克斯，最先意识到化肥对人类的重要性，他在布里斯特召开的大英科学协会上发表演说，在列举了大量事实之后警告人们说：“由于人口增加，土地变得狭窄了，长此下去，粮食不足的时代就会到来，解决的办法是必须找到新的氮肥。”

（1）向空气要氮肥

新的氮肥从哪里寻找？科学家们自然而然地想到了空气。科学家们已经知道，在地球周围的空气中，氮气占了相当大的一部分，约为79％，可以说是取之不尽、用之不竭。但是，虽然空气中有大量的游离氮，但氮的化学性质却很不活泼，要直接利用它还是很困难的。科学家发现，在自然界常温状态下，游离氮只能被一种在豆科植物上生长的细菌所直接利用，这种菌叫做根瘤菌。根瘤菌有一种绝妙的本事，即它具有固氮的功能，它能够在常温下将空气中的氮气转化成自身所需要的氮肥。于是，向空气要氮肥成了科学家们追求的目标。

克鲁克斯的警告，首先引起了德国的重视，因为德国所瓜分的殖民地很少，粮食必须自给自足。和其他欧洲国家的科学家一样，德国的化学家也在想使空气中的氮气同氢气直接化合得到合成氨，并使它变成化肥硫酸铵。然而，这并不像使氧气和氢气化合生成水蒸气那样简单，许多化学家都认为难以进行，连著名的化学家李比希也认为那是不可能的。

但是，李比希的结论的确有些过偏，人类进入20世纪后，科学家逐渐要把这一切变成现实，已经研制出了几种将空气中的氮作为化合物提取的空气氮固定法。虽然不太实用，但却为将来的发展打下了基础。

1900年初，莱比锡大学的奥斯特瓦尔德教授经过多年对催化剂的研究之后宣称：氨已经合成成功。他用铁丝做催化剂，将氨分解为氮气和氢气，反过来又使容积6％的氮气和氢气合成氨。这的确是可能的，如果使用催化剂也许能够进行从前所不可能的氮和氢的化合。为此，他向德国巴登苯胺纯碱公司（BASF化学公司）请求援助资金100万马克。

但是，还是有许多科学家感到怀疑，在众多的怀疑者中，有一个人是经过认真思考而提出疑问的，他就是刚进入BASF公司工作一年的青年工程师博施，此时他年仅26岁。

博施知道奥斯特瓦尔德合成氨成功的方法后，他重新进行了这位大科学家的实验，结果他发现，那个所谓合成的氨根本不是合成的，实际上是因为氨分解实验时使用铁丝而出来的，他思考再三，不知是否应该指出这位大科学家的错误，最后，他鼓足勇气，公布了他的研究成果，正式指出了奥斯特瓦尔德的错误。

对于许多著名的科学家来说，博施确实是无名之辈，有人指责他：“新参加工作的人懂得什么？”

但是，随后一些科学家重复进行了实验，结果也证明了博施的正确，他们开始对博施刮目相看，博施由此而名声大振，从此，他对空气中氮的固定法产生了兴趣。

1902年，科学家弗兰克和卡勒把碳化钙用电炉加热到1000℃以上，使它同空气中的氮化合而制成石灰氮，但是，这并不意味着实现了人工合成了氮肥的梦想，因为制造碳化钙必须把生石灰和焦炭装进2300℃以上高温电炉，这样，消耗了大量的电力，因而不太实用。所以，也就没有从根本解决农业上所需要的化肥问题。

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