弗里兹•哈伯:一代物理化学巨匠

来源:南粤论文中心 作者:张 清 建 发表于:2010-02-09 09:42  点击:
【关健词】哈伯合成氨毒气物理化学
摘要:弗里兹•哈伯(1868—1934),因合成氨而闻名于世,获1918年诺贝尔化学奖。本文介绍了哈伯 的生平、成就,尤其对哈伯在物理化学领域的开创性贡献进行了详细的论述。

一、早年生涯

弗里兹•哈伯(Fritz naber),1868年12月9日生于德国西里西亚的布雷斯劳。 他是家中的长子,刚出生不久,母亲病故。其父(Siegfried Haber)是富有的化学 染料商人,当过市参议员。家族生意兴隆,地位显赫。哈伯在当地接受正规的 初等和中等教育。中学时候,受家庭环境的熏陶,对化学发生浓厚的兴趣,如 饥似渴地在家中进行化学实验。青少年时期,他就是朋友圈中的领袖人物,他 的聪明、宽厚、仁爱、友善和乐于助人,使他深受人们的喜爱。他强烈的进取精 神,让他的父亲对他寄予厚望。
中学毕业后,先后就读于柏林大学和海德堡大学。在海德堡,他投师于本 生(R.W.Bunsen)门下,掌握了分析技术。最后,来到夏洛顿技术大学,发现了 迷人的有机化学新世界,在利伯曼(C.T.Libenmnn)的指导下,从事胡椒醛和靛
青衍生物的研究,由此迈出了科学研究的第一步。1891年,获博士学位。哈伯
的父亲,希望儿子继承自己庞大的事业。哈伯打算先进人化工领域,获得技术 经验,再接过父亲的担子。为此他到3家化工厂进行了短期的工作,但都不能 令他满意。几个月后,到苏黎士联邦技术大学,在龙格(G.hng)的指导下,学习了一个学期的化学工艺 学。回国后,协助父亲经营。然而,完全不同的个性,让父子俩合作不下去。在精明冷静的商人眼里,儿子 的冒险精神是无法容忍的鲁莽行为,会给生意带来极大的风险。哈伯感到自己缺乏做实业的天赋,为了获 得更多的自由,便将兴趣转向学术研究。他到耶拿大学,在科诺尔(L.Knorr)指导下,继续研究有机化学, 主要工作是测定二乙酰丁二酸酯的结构。1894年,哈伯任卡尔斯鲁厄技术大学本特(H.Bunte)教授的助 手。在本特的建议下,他对烃的热分解进行研究。早在1863~1869年,法国化学家贝托雷(C.L.Berthel— lot)曾对这个问题作过探索。贝托雷在C,烃和C2烃的实验基础上,提出一个烃的高温热分解理论。哈伯 尖锐批评了贝氏的结论,认为它过于武断,缺乏充分的实验依据。不久,哈伯的观点得到证实。他发现,在 芳香族化合物中,C—C键的热稳定性比c~H键更强,而在脂肪族化合物中则相反,C_H键比C-C键的
热稳定性强。这就是著名的哈伯规则。这一规则,也有例外,但哈伯本人将它视为普遍法则。
二、转向物理化学

1896年,27岁的哈伯任卡尔斯鲁厄技术大学的编外讲师。这两年的教学和科研经历,对他一生都产 生了重要影响,他由有机化学转向物理化学。他以前并未受过正规的物理化学训练,通过自学,很快成为 物理化学的行家里手。在他的同事中,勒金(H.IJJ酾n)是唯一的物理化学家。勒金是阿伦尼乌斯(S.A卜 rhenius)的高足,才华出众,与哈伯是亲密无间的朋友。他们志同道合,主要兴趣都在热力学和电化学领 域。勒金在1899年英年早逝,后来哈伯专门写了一篇热力学论文,以纪念故去的好友。
1.电化学还原。获得编外讲师职位后,哈伯开始从事电化学研究。他的第一项成果,是硝基苯的还原 作用。这项研究,使他声名鹊起。这时的哈伯,最擅长的仍是有机化学,但同时,他又将新学到的物理化学 知识应用于有机化学中。盖特曼(L.Gattermann)及其他的化学家,对硝基化合物的电化学还原反应进行过 研究,获得大量的不同还原态产物。当时的研究似乎表明,这些还原产物的性质和相对比例,取决于电解 质的酸碱度、电流密度、通电时间和金属电极的性质。认为还原作用是由初生态氢引起的。但这种观点, 无法解释初生态氢在活性上的巨大差异。1898年,哈伯确立了电极电势的重要性,澄清了电化学中的一些 错误认识。
按照能斯特(H.W.Nemst)理论,气体的电极电势由电极上气体的有效浓度决定。哈伯认识到,电极 电势由阴阳两极气体活度的比值所决定。在1898年发表的关于硝基苯的电化学还原反应的论文中,哈伯 首次提出电极电势决定还原能力的观点,认为电极电势越高,还原剂的还原能力越强。早期的研究者通常 用比较恒定的电流密度,逐渐增大阴极的电势。哈伯认为,这样相当于使用还原性逐渐增强的一系列化学 还原剂,同时生成一系列主要还原产物。哈伯计划在电解过程中改变电流,在电流密度一电极电势曲线的
转折点下,保持被极化阴极的电势恒定,这样,释放出的氢用来还原去极剂。为了从低的阴极电势开始,逐
步分离主要的还原产物,哈伯用氢超电势低的铂(有时用镍)作电极。他认为,氢超电势高的电极如锌,会 产生很强的还原反应。他采纳勒金的建议,使用辅助电极测定和控制阴极的电势,用薄壁毛细玻璃管将辅 助电极和阴极相连,这样就消除了通过电解液的电势降。
他用铂作阴极,在低电势下电解硝基苯的碱溶液,出乎原先的预料,得到主要产物是氧化偶氮苯。根 据巴姆贝格(Barmberger)一系列有关硝基苯、亚硝基苯和苯胲还原的研究,哈伯证明电化学还原反应和普 通的化学还原反应遵循同样的步骤:RN02(硝基苯)一RNO(亚硝基苯)一RNHOH(苯胲)一RNH2(苯胺),其 它产物来源于副反应。氧化偶氮苯作为主要还原产物出现,是由于在碱性溶液中,中间产物亚硝基苯和苯 胲发生了去水反应:
RNO+RNHOH=RNONR+H20⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(1) 哈伯证明,无论是普通化学反应还是电化学反应,都存在亚硝基苯和苯胲,亚硝基苯是一种比硝基苯 更强的去极化剂,因此只能存在于极稀的溶液中。然而,通过偶氮染料固色,能够检测到亚硝基苯和苯胲。 他还成功地通过硝基苯的电化学还原反应,制备大量的苯胲,该反应在弱碱性缓冲溶液中进行,用适当高 的电势,以能够瞬间还原亚硝基苯为苯胲,从而避免生成偶氮苯,但电势又不能过高,以免进一步还原。他 还探讨了偶氮苯的生成,它也是硝基苯的一种电化学还原产物。氧化偶氮苯在强还原作用下只生成二苯(责任编辑:南粤论文中心)转贴于南粤论文中心: http://www.nylw.net(南粤论文中心__代写代发论文_毕业论文带写_广州职称论文代发_广州论文网)

顶一下
(1)
100%
踩一下
(0)
0%


版权声明:因本文均来自于网络,如果有版权方面侵犯,请及时联系本站删除.