زندگی نامه فریتز هابر شیمی دان و برنده جایزه نوبل

فریتز هابر شیمی دان آلمانی، برای علم زندگی می کرد،. او که در استعدادهایش همه کاره بود، دانش شگفت انگیزی از سیاست، تاریخ، اقتصاد، علم و صنعت داشت و ممکن بود در زمینه های دیگر نیز به همان اندازه موفق شود. وی از مسئولیت های اداری در کنار کارهای تحقیقاتی استقبال کرد.

او همیشه خوش برخورد و مودب بود و به هر نوع مشکلی علاقه داشت. توانایی او در شفاف سازی، در چند جمله، ابهامات یک بحث علمی، یکی از ویژگی های ارزشمند محاوره هایی بود که در مؤسسه خود برگزار می کرد و استعداد سازمان دهی او، او را به مدیر نمونه یک مؤسسه بزرگ تبدیل کرد که در آن آزادی کامل را به او داد.

کارگران تحت او، با این وجود، کنترل قابل توجهی بر فعالیت های مؤسسه به عنوان یک کل داشتند. هابرمردی با شخصیت قدرتمند بود. او هم به خاطر خودش و هم به خاطر تأثیری که در شکل دادن به زندگی بشر و فرهنگ و تمدن بشری داشت، تأثیری ماندگار در ذهن همه همکارانش به جا گذاشت.

در ادامه با نشریه علمی جهان شیمی فیزیک همراه باشید تا با زندگی نامه پر فراز و نشیب این دانشمند برجسته بیشتر آشنا شوید.

تولد و تحصیلات فریتز هابر

فریتز هابر در 9 دسامبر 1868 در شهر برسلاو کشور آلمان، در یکی از قدیمی ترین خانواده های شهر یعنی در خانواده پائولا و زیگفرید هابر، تاجر و مالک یک شرکت بازرگانی مواد شیمیایی به دنیا آمد. او در مدرسه کلاسیک سنت الیزابت در برسلاو به مدرسه رفت و حتی زمانی که در مدرسه بود، آزمایش های شیمیایی زیادی انجام داد.

او تا حدودی تحت تأثیر شغل پدرش به عنوان واردکننده موفق رنگ‌ها و رنگدانه‌های طبیعی، تحصیلات خود را در رشته شیمی در دانشگاه برلین در سال 1886 آغاز کرد، اما پس از یک ترم تحصیلی به هایدلبرگ منتقل شد. پس از تنها یک سال و نیم در هایدلبرگ، کار دانشگاهی هابر با یک سال خدمت سربازی قطع شد. او سپس به Charlottenburg Technische Hochschule در برلین منتقل شد و در آنجا زیر نظر کارل لیبرمن روی ترکیب آلی پیپرونال کار کرد. شارلوتنبورگ مدرک دکترا اعطا نکرد، بنابراین دکترای خود را از دانشگاه برلین در سال 1891 برای همکاری با لیبرمن دریافت کرد. پس از فارغ التحصیلی، سه سال ناآرامی به دنبال داشت که مشخصه آن دوره های کوتاه اشتغال صنعتی (از جمله کار برای پدرش) بود که با دوره های کوتاه دوره پسا دکتری در Technische Hochschule در زوریخ و دانشگاه ینا آمیخته شد.

او مدرسه را در سال 1886 به پایان رساند. پس از اتمام مدرسه، از سال 1886 تا 1891 شیمی را در دانشگاه هایدلبرگ زیر نظر Bunsen، در دانشگاه برلین زیر نظر A.W. هافمن، و در مدرسه فنی در شارلوتنبورگ زیر نظر لیبرمن ادامه داد و مدرک دکتری شیمی گرفت.

ارتباط با موسسه کارلسروهه

پس از اتمام تحصیلات دانشگاهی، مدتی داوطلبانه در تجارت شیمیایی پدرش مشغول به کار شد و به دلیل علاقه مندی به فناوری شیمیایی، مدتی نیز زیر نظر پروفسور گئورگ لونگ در موسسه فناوری زوریخ کار کرد.

سپس سرانجام تصمیم گرفت که یک حرفه علمی داشته باشد و از زمستان 1892 به مدت یک سال و نیم با لودویگ کر در ینا کار کرد و با او مقاله مشترکی در مورد استر دیاستوسوکینیک منتشر کرد.

هنوز مطمئن نبود که خود را وقف شیمی یا فیزیک کند، در سال 1894 به او پیشنهاد دستیاری در کارلسروهه توسط هانس بونته، پروفسور فناوری شیمیایی، داده شد.

بونت به شیمی به ویژه به شیمی احتراق، علاقه مند بود و کارل انگلر که او نیز آنجا بود، هابر را با مطالعه نفت آشنا کرد و کار بعدی هابر بسیار تحت تأثیر این دو همکار قرار گرفت. او تا سال 1911 در مؤسسه فناوری کارلسروهه ماند.

فریتز هابر استاد دانشگاه شد

در سال 1896 هابر با پایان نامه ای در مورد مطالعات تجربی خود در مورد تجزیه و احتراق هیدروکربن ها به عنوان Privatdozent واجد شرایط استادی شد.

درسال 1898 به عنوان دانشیار شیمی فیزیک و در سال 1906 به عنوان استاد شیمی فیزیک و الکتروشیمی و مدیر موسسه تأسیس شده در کارلسروهه برای مطالعه این موضوعات منصوب شد.

ازدواج فریتز هابر با کلارا ایمرواهر

فریتز هابر در سال 1901 با کلارا ایمرواهر، اولین زنی که دکترای شیمی را در آلمان گرفت، ازدواج کرد و سال بعد از او صاحب یک پسر شد.

کلارا ایمرواهر با مسئولیت اخلاقی در علم پیوند خورده است. در سال 1898 او اولین زنی بود که در آلمان امتحان صلاحیت پیش دکتری برای شیمیدانان حرفه ای را گذراند و در سال 1900 اولین زنی بود که دکترای شیمی فیزیک را در یک دانشگاه آلمانی دریافت کرد.

پس از خودکشی همسر اول، هابر در سال 1917 با منشی خود به نام شارلوت ناتان ازدواج کرد، که از شارلوت یک دختر و یک پسر در طی چند سال آینده داشت. این زوج سرانجام در سال 1927 از هم جدا شدند.

تحقیقات فریتز هابر

در طی ده سال آینده، بسیاری از تحقیقات الکتروشیمیایی دیگر نیز به دنبال داشت. از جمله کارهای او در مورد الکترولیز نمک های جامد (1904)، در ایجاد تعادل کینون-هیدروکینون در کاتد، که پایه های الکترود کوین هیدرون بیلمن را برای تعیین اسیدیته یک مایع ایجاد کرد.

اما هابر با همکاری کرمر، الکترود شیشه ای را برای همان اهداف اختراع کرد که امروزه به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد. این امر هابر را بر آن داشت تا اولین تحقیقات تجربی را در مورد تفاوت‌های پتانسیلی که بین الکترولیت‌های جامد و محلول‌های آبی آنها رخ می‌دهد، انجام دهد، که مورد توجه فیزیولوژیست‌ها بود.

در این دوره هابر همچنین اتلاف انرژی توسط موتورهای بخار، توربین‌ها و موتورهای سوخت را مورد مطالعه قرار داد و به دنبال روش‌هایی برای محدود کردن اتلاف آنها با وسایل الکتروشیمیایی بود. او در یافتن راه حلی برای این مشکل که از نظر تجاری قابل استفاده باشد موفق نشد، اما موفق شد راه حلی اساسی برای احتراق آزمایشگاهی مونوکسید کربن و هیدروژن بیابد.

او سپس به مطالعه شعله‌ها روی آورد و تحقیقات اساسی در مورد شعله بونسن انجام داد و نشان داد که در مخروط درخشان داخلی این شعله، تعادل ترمودینامیکی آب و گاز برقرار است و در گوشته بیرونی آن، احتراق آب وجود دارد. این دستاورد او منجر به کشف یک روش شیمیایی برای تعیین دمای شعله شد.

کتاب های فریتز هابر

اگرچه هابر در ابتدا به عنوان یک شیمیدان آلی آموزش دیده بود، اما پس از انتصاب در کارلسروهه به رشته شیمی فیزیک روی آورد. مطابق با تاکید مهندسی دانشکده، کار او به شدت به سمت کاربردهای صنعتی گرایش پیدا کرد.

در واقع، تبیین و توسعه فرآیندهای صنعتی اساسی از طریق استفاده از نظریه دقیق، موضوع اصلی کل کار تحقیقاتی او شد. کار اولیه او شامل شیمی فیزیکی شعله ها و احتراق بود که منجر به اولین کتاب او در سال 1898به نام(Experimental-Untersuchungen über Zerstetzung und Verbrennung von ) (تحقیقات تجربی در مورد تجزیه و احتراق هیدروکربن ها) شد. او در مقدمه کتابش قصد خود را برای ارتباط دادن تحقیقات شیمیایی به فرآیندهای صنعتی بیان کرد و در همان سال نتایج کار خود را در مورد اکسیداسیون و احیا الکترولیتی گزارش کرد.

هابر در آن نشان داد که محصولات احیای قطعی می توانند در صورت پتانسیل در کاتد ثابت نگه داشته شوند. او در سال 1898 احیای نیتروبنزن را در مراحل کاتد توضیح داد و این به مدلی برای سایر فرآیندهای احیا مشابه تبدیل شد.

در آغاز حدود سال 1897، هابر علاقه به نظریه و کاربردهای صنعتی الکتروشیمی را به فهرست رو به رشد موضوعات تحقیقاتی خود اضافه کرد. یکی از نتایج تلاش‌های فشرده او برای تسلط بر ادبیات در این زمینه، کتاب دوم او، با نام Grundriss der technischen Elektrochemie auf theoretischer Grundlage (1898؛ «مبنای نظری الکتروشیمی فنی») بود.

مشارکت های او در این زمینه شامل مطالعات او در مورد آماده سازی الکتروشیمیایی چندین ترکیب آلی مهم مانند نیتروبنزن در سال 1904 و مطالعه او در مورد پیل سوختی هیدروژن-اکسیژن در سال1907 و کار پیشگام او بر روی الکترود شیشه ای در سال 1909 است.

کار بر روی نیتروبنزن منجر به کتاب سوم در مورد الکتروشیمی شد، Die elektrolytischen Prozesse der organischen Chemie (1910؛ “فرایندهای الکترولیتی شیمی آلی”)، که با همکاری شیمیدان آلمانی الکساندر موزر نوشته شد. کار بر روی الکترود شیشه ای مبنایی برای توسعه بعدی pH متر است که غلظت یون هیدروژن یا اسیدیته را در واحدهای pH به عنوان تابعی از پتانسیل الکتریکی یا ولتاژ بین الکترودهای مناسب قرار داده شده در محلول مورد آزمایش اندازه گیری می کند.

در سال 1904 هابر سومین موضوع تحقیقاتی را در قالب علاقه فزاینده به ترمودینامیک واکنش های گاز اضافه کرد. در اینجا دوباره بررسی مقدماتی او از ادبیات منجر به انتشار کتابی به نام Thermodynamik technischer Gasreaktionen (1905؛ ترمودینامیک واکنش‌های فنی گاز) شد. کار او در این زمینه به زودی بر سنتز گاز آمونیاک از گاز نیتروژن و هیدروژن و پتانسیل آن به عنوان روشی برای تثبیت نیتروژن متمرکز شد.

در سال 1898 شیمیدان بریتانیایی ویلیام کروکس هشدار داد که جمعیت جهان به زودی از تولید مواد غذایی آن پیشی خواهد گرفت مگر اینکه عملکرد محصول از طریق استفاده از کودهای نیتروژنی افزایش یابد. اگرچه اتمسفر 78 درصد حجمی نیتروژن است، این نیتروژن در دسترس گیاهان نیست مگر اینکه ابتدا به شکل یک ترکیب محلول در آب، مانند آمونیاک یا نیترات‌های مختلف، «تثبیت» شود.

جایزه نوبل فریتز هابر

در سال 1905 هابر کتاب خود را در مورد ترمودینامیک واکنشهای فنی گاز منتشر کرد که در آن تولید مقادیر کمی آمونیاک از N2 و H2 را در دمای 1000 درجه سانتیگراد با کمک آهن به عنوان کاتالیزور ثبت کرد. بعداً در سال 1908 تصمیم گرفت سنتز آمونیاک را انجام دهد و این کار را پس از جستجو برای کاتالیزورهای مناسب با گردش نیتروژن و هیدروژن بر روی کاتالیزور در فشار 150-200 اتمسفر در دمای حدود 500 درجه سانتیگراد انجام داد.

در سال 1911 اولین کارخانه آمونیاک در Ludwigshafen-Oppau ساخته شد که تا سال 1913 روزانه بیش از 30 تن نیتروژن ثابت تولید می کرد. او به همراه کارل بوش از این روش برای توسعه مهم‌ترین روش جهان برای تولید صنعتی کودهای شیمیایی استفاده کرد که باعث افزایش بازده محصولات برای تامین غذا برای جمعیت جهانی شد که از قرن نوزدهم در حال رشد بودند.

ده سال بعد، یعنی در سال 1918 هابر جایزه نوبل را برای Chemistrycall_made برای سنتز آمونیاک دریافت کرد.

فرآیند هابر

فرآیند هابر در تولید آمونیاک از نیتروژن و هیدروژن استفاده می شود و سپس به توضیح دلایل شرایط استفاده شده در این فرآیند می پردازد. این فرآیند نیتروژن هوا را با هیدروژن حاصل از گاز طبیعی (متان) به آمونیاک ترکیب می کند. واکنش برگشت پذیر است و تولید آمونیاک گرمازا است.

استفاده از فرآیند هابر برای تولید کود

یکی از مهمترین کودهای گیاهی نیتروژن است. هوا عمدتاً نیتروژن است، اما گیاهان تنها زمانی می توانند از نیتروژن استفاده کنند که بخشی از ترکیبات شیمیایی باشد.

در حدود سال 1913 فریتز هابر روشی را برای تولید آمونیاک از نیتروژن و هیدروژن ابداع کرد که می‌توان از آن برای تولید کود مصنوعی استفاده کرد. هنگامی که گازهای نیتروژن و هیدروژن از یک دستگاه با دما، فشار و سرعت جریان کنترل شده عبور می کنند و در حضور یک کاتالیزور، آمونیاک در یک فرآیند کارآمد انرژی تشکیل می شود.

خدمات فریتز هابر به آلمان

با فرا رسیدن جنگ جهانی اول، هابر با تمام وجود منابع موسسه تحقیقاتی خود را وقف پاسخگویی به خواسته های آلمان در زمان جنگ برای محصولات شیمیایی و جایگزین های مصنوعی کرد. بیشتر کارهای منتشر شده او در این دوره مربوط به پالایش سنتز آمونیاک بود.

هنگامی که با فرآیند اکسیداسیون آمونیاک به اسید نیتریک توسط شیمیدان آلمانی ویلهلم استوالد همراه شد، این فرآیند ترکیبی نه تنها برای تولید کود و غذا، بلکه برای سنتز نیترات ها و سایر مواد منفجره ضروری برای جنگ مدرن نیز کلید خورد. درخواست‌های ارتش برای گازهای اشک‌آور احتمالی و سایر محرک‌ها باعث شد که هابر پیشنهاد استفاده از گاز کلر را به عنوان یک سلاح شیمیایی ارائه دهد، پیشنهادی که برای اولین بار در یپر فرانسه در آوریل 1915 مورد آزمایش قرار گرفت.

استفاده از عوامل جنگ گاز به سرعت در هر دو طرف افزایش یافت. هابر در سال 1916 خود را به عنوان رئیس سرویس جنگ شیمیایی آلمان یافت. هابر پس از جنگ به شدت مورد انتقاد قرار گرفت و در برخی موارد حتی طرد شد.

در مورد نقش او در سنتز آمونیاک، استدلال شد که اگر فرآیند آمونیاک هابر به آلمان توانایی ساختن را نمی داد، قطع دسترسی آلمان به ذخایر نیترات طبیعی در شمال شیلی توسط نیروی دریایی سلطنتی بریتانیا در عرض چند ماه به جنگ خاتمه می داد.

موفقیت و جنگ جهانی اول

در سال 1911 فریتز هابر به عنوان مدیر مؤسسه تازه تاسیس قیصر ویلهلم شیمی فیزیک و الکتروشیمی و استاد افتخاری کامل در دانشگاه برلین منصوب شد. از سال 1914 او تحقیقاتی را از طرف وزارت جنگ انجام داد: در ابتدا، او افزایش تولید آمونیاک برای ساخت مواد منفجره را قبل از توسعه جنگ گاز کشنده و نظارت بر اولین حملات گاز کلر آلمان در Ypres در سال 1915 سازماندهی کرد.

پس از جنگ، هابر توسط متفقین به عنوان یک جنایتکار جنگی به دلیل استفاده از جنگ شیمیایی به دلیل نقض قوانین بین المللی مورد جستجو قرار گرفت.

بین جنگ جهانی اول و دوم

در طول سالهای بین دو جنگ جهانی، هابر سوت آتشین خود را برای محافظت از معدنچیان، مانومتر رشته کوارتز خود برای فشارهای کم گاز و مشاهده خود مبنی بر اینکه قدرت جذب می تواند ناشی از نیروهای ظرفیت غیر اشباع یک جسم جامد باشد، تولید کرد، که لانگمویر خود را بر روی آن بنا نهاد.

تئوری جذب هنگامی که جنگ جهانی اول آغاز شد، او به عنوان مشاور اداره جنگ آلمان منصوب شد و حملات گاز و دفاع در برابر آنها را سازماندهی کرد. این کار و کارهای دیگر سلامتی او را تضعیف کرد و مدتی به کارهای اداری مشغول بود. او به ایجاد سازمان امداد آلمان کمک کرد و در کمیته جنگ شیمیایی اتحادیه ملل خدمت کرد.

فرار و جنگ جهانی دوم

او برای فرار از استرداد موقتاً به سوئیس گریخت. در بازگشت به برلین، او چندین سال تلاش کرد تا طلا را از آب دریا استخراج کند تا آلمان بتواند غرامت هایی را که بر اساس معاهده صلح بدهی خود را پرداخت کند، اما فایده ای نداشت.

هنگامی که نازی ها در سال 1933 قدرت را به دست گرفتند و تعداد زیادی از کارکنان یهودی مؤسسه قیصر ویلهلم را برکنار کردند، هابر (یهودی تبار بود) استعفا داد. در اواخر پاییز همان سال به دعوت دانشگاه کمبریج به انگلستان مهاجرت کرد.

سالهای پس از جنگ

در سال‌های پس از جنگ، افزایش مسئولیت‌های اداری هابر، همراه با مشارکت او در چندین سازمان علمی بین‌المللی و شهرت او به‌عنوان برنده جایزه نوبل، منجر به کاهش تولید مقالات صرفاً فنی و افزایش همزمان در تولید مقالات محبوب او شد.

بسیاری از سخنرانی های او در دو جلد Fünf Vorträge aus den Jahren 1920-1923 (1924؛ “پنج سخنرانی از سال های 1920-1923”) و Aus Leben und Beruf: Aufsätze, Reden, Vorträge (1927، زندگی و کار; : انشا، سخنرانی، سخنرانی») گردآوری شدند.

شکست های فریتز هابر

از سال 1920 تا 1926 او بر روی بازیابی طلا از آب دریا آزمایش کرد، ایده او این بود که آلمان را قادر به پرداخت غرامت های جنگی خود کند. او در این آزمایش از یک روش گرافیکی ساده برای محاسبه انرژی بلورهای یونی است. این روش که به طور جهانی به عنوان چرخه Born-Haber شناخته می شود، در بیشتر شیمی معدنی و در بسیاری از کتاب های درسی شیمی عمومی مورد بحث قرار گرفته است.

هابر که از شکست این پروژه به شدت افسرده شده بود، که او آن را به نقص خود نسبت داد، خود را وقف سازماندهی مجدد مؤسسه خود کرد و مدیران بخش را با آزادی کامل در کار خود منصوب کرد.

این مدیران شامل جیمز فرانک، هربرت فروندلیچ، مایکل پولانی و رودولف لادنبرگ بودند. از مؤسسه کارهای زیادی در مورد شیمی کلوئید و فیزیک اتمی انجام شد. خود هابر در این زمان تلاش زیادی برای برقراری مجدد روابط علمی آلمان با سایر کشورها انجام داد و اجلاس‌هایی که هر دو هفته یکبار برگزار می‌کرد کمک زیادی به ایجاد اعتبار بین‌المللی مؤسسه خود کرد. در سالهای آخر عمرش روی واکنش های زنجیره ای و مکانیسم های اکسیداسیون و کاتالیز پراکسید هیدروژن کار کرد.

مرگ فریتز هابر

هابر که مدتی بیمار بود و از بیماری قلبی رنج می برد، در حالی که او روحیه خود را به دلیل طرد شدن توسط کشور عزیزش آلمان که به خوبی به آن خدمت کرده بود، از دست داده بود، در 29 ژانویه 1934 در بازل، در مسیر خود از انگلستان برای نقاهت در سوئیس درگذشت.

هابر به غیر از جایزه نوبل، افتخارات زیادی را در طول زندگی خود دریافت کرد. به تحریک ماکس فون لائو، موسسه فیزیک و الکتروشیمی در برلین-داهلم پس از مرگ او به موسسه فریتز هابر تغییر نام داد.

زندگی شخصی فریتز هابر

نه تنها زندگی عمومی هابر غرق در جنجال بود، بلکه زندگی خصوصی او نیز با تراژدی همراه بود. مادر او، پائولا، به دلیل عوارضی که از بدو تولد او به وجود آمد، درگذشت و شواهدی وجود دارد که نشان می‌دهد این امر منجر به تنش مادام‌العمر بین هابر و پدرش شده است.

همسر اول هابر، کلارا ایمرواهر، در سال 1915، ظاهراً در اعتراض به مشارکت هابر در برنامه جنگ گاز، خودکشی کرد و ازدواج دوم او با شارلوتا ناتان در سال 1927 به طلاق انجامید. هابر از همسر اول خود صاحب یک پسر (هرمان) شد. هر دو دختر (اوا) و پسر (لودویگ) از همسر دومش. لودویگ هابر اقتصاددان و مورخ معروف شیمی صنعتی شد. در سال 1986 او ابر سمی را منتشر کرد که تاریخ قطعی استفاده از جنگ گاز در طول جنگ جهانی اول است.