Люди | 
0
7600

Карл Бош - Нобелевский лауреат. Часть 1

Деятельность Карла Боша привела к тому, что Первая мировая затянулась, и к тому, что Гитлер смог развязать Вторую мировую войну. Так уж получилось, хотя сам он к этому не стремился, ястребом он не был. Бош увлеченно работал, получил высшую награду - Нобелевскую медаль, но его жизненный путь оказался нелегким.

на сайте с 17 января 2009

В сокращении текст напечатан в Журнале "Химия и Жизнь", 2009, №11

Карл Бош, создатель азотных удобрений, см. журнал

КАРЛ БОШ

        Бренд «Бош» теперь многим известен - электроинструменты  и бытовая техника превосходного немецкого качества. Для уха  химика более привычно сочетание имен Габер-Бош, как и других, тому подобных: Фишер-Тропш, Циглер-Натта и др. У нас можно найти лишь краткие биографические очерки, составленные в связи с Нобелевской наградой Карла Боша. Их тональность отличается от биографии, написанной в ГДР и переведенной на русский язык [2]. Соотечественники подошли к оценке деятельности Боша  с классовых позиций. В тексте, помимо заслуг, говорится о  его пособничестве международному империализму вразрез с  интересами народа. Предлагаемый рассказ мы постарались написать  с простой человеческой позиции, а для полноты картины отвели в нем также место и коллегам Боша.



        (1874- 1940) [1]




 

СЕМЬЯ И ШКОЛА


Роберт Бош  (1861-1942)[3].
Лаборатория индиго, 1900гг. [4]

====================================
     Детство Боша прошло в мире «железа». Его отец, тоже Карл Бош, занимался в Кёльне поставками слесарно-скобяных изделий и газа вместе со своим сводным братом (фирма «Bosch&Haage»). Недолго, всего лето 1981г. здесь в начале своей карьеры у Карла работал его младший брат Роберт. Он и основал в последствие фирму "Мастерская точной механики", имеющую  теперь фамильный бренд «Бош» [5].
            Дом Бошей был похож на мастерскую или инструменталку. Маленький Карл пробовал действие рубанка на мебели в спальне родителей и расковырял у матери швейную машинку [6[. Он был старшим из шестерых детей, и отец, очевидно, надеялся, что он то поддержит  семейную традицию. Этого не случилось. После школы наследника направил к своему компаньону на сталеплавильный завод. За год трудового воспитания Карл освоил навыки формовщика, механика, плотника и слесаря.  После окончания Технического университета в Шарлоттенбурге (раньше пригород Берлина) он уже стал  инженером механиком-металлургом, но сразу же поступил в Лейпцигский университет на органическую химию (1896г.).  Через 3 года Бош определился на работу в BASF (БАСФ - Баденская анилиновая и содовая фабрика).  Здесь он продолжил заниматься бурно развивающейся органической химией – производством синтетического индиго. Потом его перевели на получения связанного азота через цианиды и нитриды металлов.
            По существу, БАСФ являлась научно-производственным центром. Здесь имелся штат научных сотрудников, экспертов. Их работа хорошо оплачивалась, в цехах и  лабораториях они появлялись в сюртуках и галстуках, были близки к руководству фирмы, допускались на торжественные обеды и т.п. Молодой Бош явно не вписывался в эту прослойку, держался особняком, любил работать сам, прикладывая ко всему руки. Как-то руководитель БАСФ застал его в лаборатории без галстука, с закатанными рукавами и вспотевшим лицом. Он размешивал что-то в чане.
     «Дорогой мой, » – сказал шеф: «Вы очень ошибаетесь, если думаете, что такие глупости помогут Вам продвинуться в БАСФ’е». Но, как раз, все получилось наоборот.


NB «Бош» - обидное прозвище немцев. Придумано французами и к фамилии отношения не имеет. Изначально это было «alboche» - немецкая башка, потом слово упростили до «boche», но смысл остался [7]

Werner Abelshauser, Wolfgang Von Hippel, Jeffrey Allan Johnson, Raymond G. Stokes German Industry and Global Enterprise: Basf : The History of a Company Werner Abelshauser, Wolfgang Von Hippel, Jeffrey Allan Johnson, Raymond G. Stokes German Industry and Global Enterprise: Basf : The History of a Company

German Industry and Global Enterprise: Basf : The History of a Company
Книга
Автор:
Werner Abelshauser, Wolfgang Von Hippel, Jeffrey Allan Johnson, Raymond G. Stokes
Цена:
7310.70 руб.
Вес:
1000 г
развернуть
This corporate history of BASF offers a view of the functioning of an industrial organization that has managed to thrive and expand since 1865. Moreover, it reveals much about the reasons for the extraordinary economic dynamics of the German empire and the enormous expansion of the world economy before World...

ПРОДОВОЛЬСТВИЕ И БОЕПРИПАСЫ


Герман Гельригель (1831 – 1895) [8].
Вильгельм Оствальд (1853 - 1932) [9]
.
=================================
      Немецкие промышленники понимали, что химизация сельского хозяйства их дело. Уже в 1890-ых годах спустя всего десятилетие с момента  открытия Германом Гельригелем азотфиксирующих бактерий, фирма «Фарбверке Хёхст» освоила выпуск препарата нитрагин. Он содержал культуру  Rhizobium,  и с его помощью фермеры могли заражать (инокулировать) свои земли перед посевом бобовых культур. Правда, через три года производство приостановили, но совершенствование этой биотехнологии продолжилось в США.
            Примерно в это же время Вильгельм Оствальд выступил с инициативой развернуть исследования технической фиксация азота воздуха. Его подтолкнула к этому не только, или даже не столько продовольственная проблема, сколько смыкающаяся с ней проблема
производства пороха и боеприпасов. Тогда, если не считать только что появившийся аммиак коксо-химического производства, единственным освоенным источником связанного азота являлась чилийская селитра - NaNO3. Было ясно, Германия не в состоянии вести затяжную войну, в ходе которой она из-за очевидной блокады доставки заморского сырья противником осталась бы без боеприпасов. Селитра шла на получение дымного пороха и азотной кислоты, из последней же готовили бездымный порох (нитроцеллюлозу) и взрывчатку (тринитроглицерин, тринитротолуол и т.п.).
             Еще недавно блокада портов Восточного побережья США вызвала в ходе Гражданской войны  острый недостаток пороха у южан. В те времена порох делали из калийной селитры, вывозимой из Индии. Южане даже вынуждены были прибегнуть к дедовскому способу ее получения в «селитряницах» - специальных помойках, где моча и нечистоты сначала сбраживались и перегнивали, освобождая аммиак. Далее аммиак тут же
нитрифицировался уже другими бактериями. Образующаяся таким путем азотная
кислота и добавляемая древесная зола, богатая поташом (K2CO3), давали столь необходимый армии продукт.
            Эти события даже нашли отражение в солдатском фольклоре [10].  Конфедераты пели: 

Девчонки наши хоть куда:
Они и шьют, и вяжут.
И рады будут для солдат
Пописать, коль прикажут.


Северяне, как известно, победили, но до этого в ответ с издевкой напевали. 

Да, парни, вас не победить:
Любовь придаст вам силы —
Ведь каждый рад бы в ствол забить
Селитру своей милой!


            Почин Оствальда был поддержан коллегами. Сам же он оформил собственные заявки и предложил приобрести его изобретения руководству БАСФ, т.е. фирме занявшей ведущее положение в стране после создания промышленного синтеза индиго. Сотрудничества, однако, у него не получилось.

Келли Дж. Порох. От алхимии до артиллерии.

Порох. От алхимии до артиллерии. История вещества, которое изменило мир (аудиокнига MP3)
Книга
Автор:
Дж. Келли
Цена:
358.00 руб.
Вес:
80 г
развернуть
У этой книги только один недостаток - она быстро кончается...
Почему нежные китайские императрицы боялись "огненных крыс", а "пороховые обезьяны" вообще ничего не боя...

ВИЛЬГЕЛЬМ, ТЫ НЕ ПРАВ !

Фредерик Кульман (1803- 1881)
и фрагмент его Французского  патента № 11 331 (публикация 22.12.1838), содержащего
описание получения азотной кислоты и нитратов с использованием нагретой губчатой платины [11].

=======================================
В 1901г. Оствальд предложил запатентовать способ окисления аммиака на платиновом катализаторе, однако руководство БАСФ отклонило предложение на том основании, что способ был запатентован еще в 1838г. французом Фредериком Кульманом.
     Годом ранее воспроизвести заявку Оствальда на способ синтез аммиака из элементов было поручено юному Бошу. Он с энтузиазмом принялся за дело и быстро собрал «машину», так принято у немцев называть всякие установки. Процесс, однако, не пошел. Узнав об этом, Оствальд передал на фирму катализатор собственного приготовления, которым служили сетки из железной проволоки. С ними у Боша сколько-то аммиака получалось в самом начале, но на этом все и кончалось. Знаменитый профессор, один из первых теоретиков катализа встал, было, в позу обиженного: какому-то молодому специалисту поручают проверять результаты, а тот еще и порочит его славное имя.
            Вот тут и пригодились Бошу знания и опыт металлиста. Он, проштудировав литературу, вскоре смог четко объяснить артефакт. Вывод  подкрепил собственными экспериментами. Должно быть, у Оствальда на какой-то стадии проволока подвергалась прогреву в аммиаке и поверхность азотировалась, иначе его сетка не содержала бы нитрид железа. При подаче же на нее синтез-газа, т.е стехиометрической смеси N2 и H2, нитрид восстанавливается водородом до металла с выделением аммиака. Другими словами, Оствальд получал аммиак всего-навсего из аммиака, а  не из азота [6].
            Отношение коллег и руководства к Бошу, понятно, изменилось, а он почувствовал уверенность в себе. Будующей жене Эльзе Шилбах он пообещал: "Я решу проблему азота!" На БАСФ этим  ему и пришлось заняться: окисление азота в электрической дуге, получение цианидов и нитридов. Но это была лишь прелюдия..

КОНТРАКТ НА СПАСЕНИЕ РЕПУТАЦИИ

Фриц Габер (1868-1934)
Во время Мировой воны он был «начхимом» Второго Рейха,
получил орден "Железный крест" и почетнон звание капитана  [6,15].
==================================


В начале 1908г. БАСФ подписала контракт с Габером на исследование синтеза аммиака. Протеже ему составил Карл Энглер (1842—1925), работавший, как и Габер, в Высшей технической школе в Карлсруэ. Энглер известен авторством гипотезы о биологическом происхождении нефти, он был членом правления БАСФ. Точнее Габер заключил сразу два контракта: на получение азотной кислоты путем окисления азота воздуха в электрической дуге и на синтез аммиака. Фирме нужен был первый контракт, а последний шел как уступка собственному интересу Габера. Желание вновь заняться синтезом аммиака у него было спровоцировано обвинением, прозвучавшим во время дискуссии на заседании  Бунзеновского общества  (Гамбург,1907г.). Нернст обвинил его в том, что по завышенным и очень неправильным цифрам  (stark unrichtigen Zahlen) он  предлагает техническую реализацию получения аммиака. Критика была несправедливой, честолюбивый Габер ее воспринял как оскорбление и задался целью спасти репутацию, добившись успеха  в исследовании процесса. (см. СПРОВОЦИРОВАННАЯ НОБЕЛЕВКА). При подписании контракта он подстраховался интрижкой, что его результатами якобы бы уже заинтересовалась фирма «Хёхст». По контракту с БАСФ на исследование  синтеза аммиака в течение 3-х лет отпускалось ежегодно по 6 000 марок, патентоспособные результаты переходили в собственность фирмы, автору полагалось 10% грядущей прибыли.
            Габер, как азартный игрок, рисковал и по крупному – ведь он мог  окончательно погубить свою репутацию. Он лишь недавно стал  в  Карлсруэ полным профессором, его большая карьера только что начиналась. Проблема, за которую он взялся, была  трудная, от нее отступили Анри Ле  Шателье  и Освальд. Об Освальде уже сказано выше, а Ле  Шателье в то же самое время 1900-1901гг. получил французский заявочный патент на синтез аммиака и на том же самом железном катализаторе. Однако от дальнейшей работы он оказался после взрыва лабораторной установки. Нернст неправильно критиковал Габера и не пришел к правильному заключению, что синтез аммиака под давлением может представлять интерес для промышленности. Разобравшись с термодинамикой, он не стал заниматься катализом. Габеру было отпущено три года, но события стали стемительно развиваться .         
            Имея задел, Габер к концу года смог оформить первый патент и подготовить к демонстрации новую «машину»,. Была собрана система на давление  200 атм с возвратом в реактор (рециркуляцией) непрореагировавших азота и водорода. Было испытано несколько металлов в качестве катализаторов, но приемлемые для техники результаты были получены на осмии. Уже при температуре 550 град. и указанном давлении на нем был получено 6% аммиака, т.е. на три порядка величины больше, чем равновесная концентрации для атмосферного давления и 1000 град. Помог, как часто бывает, случай.
            Габер еще некоторое время состоял консультантом фирмы, основанной Ауэр фон Вельсбахом для производства осветительных ламп. Вельсбах известный химик, открыватель и исследователь редко-земельных элементов. Им же в 1900г. было предложено использование осмия  для нитей  накаливания, потом его быстро вытеснил вольфрам. Фирма Вельсбаха вобрала в себя, чуть ли не весь имеющийся в мире осмий – 100 кг. Так что Габеру для начала определенно повезло. Повезло ему и с экспертом от БАСФ, роль которого досталась Бошу.
            Правда с демонстрацией новой «каталитической машины» в июне 1908г. вышла
заминка. По этому поводу в Карлсруэ прибыл Бош со своим помощником Алвином Митташем. Сработал "эффект присутствия" или "заговор вещей " - машина не заводилась. Во время затягивания один из болтов на аппарате высоко давления сорвали. Пуск отложили на несколько часов. Бош  не стал ждать и в Людвигсхафен вернулся один. Ему и так все было ясно.   В лабораториях БАСФ еще побаивались работать с автоклавами на 7 атм, а тут сразу сотни. Но своему директору  Генриху фон Брунку эксперт сказал: "Полагаю, что это может пойти. Я знаю точно, что может делать сталелитейная промышленность. Надо рисковать".

 

 

«ПОЛНЫЙ ВПЕРЕД» И «СТОП МАШИНА»

Генрих фон Брунк (1847 - 1911) [16]

================================

События развивались с ускорением. Габер добился успеха, и об этом стал известно за пределами БАСФ. Исходный контракт спустя 18 месяцев был пересмотрен на более выгодных для него условиях. Теперь ему полагался гарантируемый годовой доход 23 000 марок (включая 8 000 марок на оборудования и помощников), плюс пенни за каждый килограмм  аммиака, который будет  компания производить. Мощность производства должна быть большой, так что Габер стал потенциально очень богатым человеком. Вскоре ему предложат место директора Института физической химии Кайзера Вильгельма. Предложение он примет, переедет в Берлин и фактически отойдет от проблем аммиака. На этом кончится стадия лабораторных исследований. Ему с Бошем в Людвигсхафене  останется заложить основу исследовательского центра для  дальнейших опытно-конструкторских работ. На это уйдет еще несколько недель.
         К 1912г.  БАСФ успела вложить в дело очень крупные средства, работа шла полным ходом, и тут вдруг все замерло. Умер глава БАСФ фон Брунк, Бош лишился покровителя. Главное, все ждали суда. Фирма «Хёхст» решила осадить конкурента и обратилась с иском на аннулирование патентов  Габера, принадлежавших по контракту БАСФ. Иск был очень хорош и с юридической и с технической точки зрения. «Хёхст» консультировалась с Остсвальдом, к тому моменту он уже получил Нобелевскую премию «в знак признания его работ по катализу». При этом и сам он преследовал свои собственные цели утвердиться в положении «интеллектуального отца аммиачной промышленности», «оставленное дитя» которого попало в чужие руки. В его заявке (1900г.) было уже все: повышенные давление и температура, схема с рециркуляцией газа, катализаторы. БАСФ ее забраковала, так как Бош  нашел методическую ошибку и доказал, что используемая Оствальдом проволока из чистого железа из-за низкой активности на самом деле катализатором не являлась. В костюме не хватало пуговицы, на которой он должен держаться. Среди аргументов отвода патентов Габера фигурировал также факт его дискуссии с Нернстом на заседании  Бунзеновского общества. 
            После речи адвоката истца в суде воцарилась похоронная тишина. Неожиданно в зал чуть ли не в обнимку вошли  Нернст и Габер. С трибуны Нернст засвидетельствовал, что на заседании Общества он сравнивал свои и старые данные Габера. То, что представлено в патентах БАСФ - это поистине великолепно, это прорыв, это и т.п.! Нернст знал отлично патентное право, у него была богатая практика с собственными изобретениями электрической лампы и механического пианино. Адвокат «Хёхст» сразу оценил обстановку -  иск проигран, надо готовить деньги на возмещение судебных издержек. Остальные просто изумились. Все знали о  размолвке между ним и Габером, к тому же Нернст был наиболее успешным учеником Оствальда. Однако из присутствующих мало кто знал, что незадолго до этого Нернст побывал на БАСФ, где он оформил контракт сроком на пять лет, став консультантом с очень неплохим жалованием - 10 000 марок ежегодно.  [17]
           .

ГЛАВНОЕ ДЕЛО

Микроструктура не разрушившейся (a) и разрушившейся (с) стали.
Зернистый скол фланца, возникший под действием водорода - b
[14]
================================
          Создание производства аммиака на БАСФ сравнивают с Манхэттенским проектом [6]. Сходство есть, но много и отличий. Бомба нужна была любой  ценой, о мирном атоме и не думали. Стоимость же продуктов из аммиака  в мирное время не должна была превышать, по крайней мере, стоимость чилийской селитры. Это ограничивало круг приемлемых решений. С другой стороны, действительно, оба проекта были направлены на получение стратегических продуктов своего времени и повлияли на ход военных действий. За счет концентрации сил,  переход от лабораторных  разработок к масштабным производствам занимал 2-3 года. Многие найденные решения составили самостоятельный вклад в развитие
науки и техники.
            Оба проекта завершились грандиозными взрывами. Взрыв на площадке первого производства аммиака сопоставим по мощности с небольшим ядерным зарядом, но случился он непредвиденно. Также непредвиденно на третий день взорвался первый реактор опытной установки, но в этом случае надлежащие меры были приняты. Установки располагались в толстостенных бетонных бункерах или каньонах. Взрывы повторялись. Толстые стенки опытных реакторов синтеза аммиака, сделанные из орудийной крупповской стали, разрушались обычно на третьи - четвертые сутки работы.
            Наибольший творческий вклад Боша в проект БАСФ связан именно с преодолением трудностей, возникших с реактором, или как его часто называют колонной синтеза. В результате собственных исследований он быстро поставил правильный диагноз: при высоких давлениях и температурах сталь наводороживается и обезуглероживается с образованием метана, все это приводит к ее «охрупчиванию». У Боша были тесные контакты с металлургами и машиностроителями. Подбор стойкого металла занял бы время, к тому же, наверняка, он был бы слишком дорогим для  изготовления массивных аппаратов. Он нашел простое решение. Внутрь, например, корпуса колонны синтеза аммиака, выполненной из конструкционной стали, вставлялся вкладыш из мягкой, малоуглеродистой. При этом внешний слой обеспечивал прочность, а, прижимаемый давлением к нему внутренний слой – герметичность. Между слоями устраивались проточки для удаления диффундирующего водорода. 
            От пуска первого реактора на опытной установке в Людвигсхафене (май 1910г.) до начала проектирования производства прошло менее двух лет. За это время для получения синтез-газа разработана конструкция крупных агрегатов разделения воздуха и конверсии угля водяным паром. Технологию очистки водорода успешно решил молодой инженер Карл Краух.  Была создана новая техника высокого давления: арматура, соединения, узлы аппаратов и уплотнения,  приборы и пр.
          Отсутствие катализатора, удовлетворяющего техническим требованиям, вызывало у многих пессимизм. Осмий, на котором Габеру удалось получить хорошие показатели, или уран были не более чем экзотика, их хватало разве что на опытную установку.  Еще недавно шутили, что катализ это пристанище алхимиков в 20-ом веке, в начале века тем более. У Миттоша в ход пошли субстанции с алхимическими названиями «Крокус Мартис», «Колкотар» - окислы железа, получаемые из природных материалов. В это ли время Бош стал собирать свою коллекцию минералов  или, наоборот, железосодержащие минералы у него были и раньше? Какая то связь определенно должна быть. В конце концов, прототипом техническим катализатора оказалась железная руда одного из шведских месторождений Галливар. Так началась и продолжается до сих пор эпоха смешанных, сложных катализаторов. Всего же Митташем опробовано порядка 20 000 разных образцов.[18]
            В 1913г. спустя 16 месяцев после начала проектирования в трех километрах от
Людвигсхафена на заводе Оппау было пущено первое производство синтетического аммиака мощностью  порядка 7000 т в год.

ПРОДОЛЖЕНИЕ СМОТРИ

ИCТОЧНИКИ

Комментарии

Оставить комментарий

Поделиться с друзьями

Share on Twitter