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能做麵包也能做炸彈

1868年,弗裡茨·哈伯出生於東普魯士的佈雷斯勞(現名為弗洛茨瓦夫,屬波蘭),是個商人的兒子。根據傳記,他是一位傑出的科學家,一位不稱職的丈夫,也是一位狂熱的愛國分子。這些不同特點集於一身,也可以更好地解釋他的生命軌跡。就像他關於勤奮工作與公民義務的理念那樣:「我寧可精疲力竭,也不願閒得生銹。」

與愛因斯坦一樣,哈伯也是德裔猶太人。但不同於愛因斯坦的是,他皈依了基督教,從而在一個反猶太情緒日益高漲的社會中獲得了更大發展。1905年左右,哈伯發現了一種可以生產液態氨的方法——將氮氣與氫氣在高溫高壓下混合,利用鐵催化劑促進反應,和細菌中固氮酶的反應方式非常相像。到1909年時,他和英國物理化學家羅伯特·勒·羅西尼奧爾(Robert Le Rossignol)一起開發了一種高壓設備,可以滴出氨,而且其產量很可觀。儘管當時他已在科學界赫赫有名,但是對這一工藝的完善,使得哈伯進一步成為公眾名人。

當時,德國用於化肥與炸藥的最主要氮源是硝酸鈉,一種產自智利北部沙漠淺層的岩鹽。這種沉積物極度罕見,而它們的來源至今也還保持著些許神秘。硝酸鈉易溶於水,所以它們只會在智利沙漠這種極度乾旱的環境中富集。在美國內務部1981年發表的一份報告中,地質學家喬治·埃裡克森(George Erickson)推斷,這些奇怪的沉積物是數百萬年以來,由海洋鹽霧、火山噴發以及岩石土壤風化的產物集聚而成。要想讓這麼多對生物有效的可溶性氮元素以同樣的方式生長,地球上其他地區都過於潮濕,植被也過於繁盛。對於埃裡克森來說,發現這種足有一英尺(0.3米)厚且部分純度超過50%的化肥,其驚訝程度不亞於在露天發現一塊巨型「糖田」,而這塊「糖田」居然沒有被雨水沖刷或是引來大群飢餓的螞蟻。

不管源自何處,這些智利硝石自19世紀初就已讓前來開採的人們大發其財,到20世紀初時,美國與英國也已經非常依賴這些大型的硝石礦。隨著「一戰」的陰雲愈加逼近,正是單一來源的不穩定性以及從智利啟程的漫長船期,促使哈伯的發明為德國帶來了轉折。

在1909年到1913年間,哈伯和他的助手、化學家卡爾·博施(Carl Bosch)將前述反應進行放大,實現了工業生產,也就是廣為人知的哈伯—博施合成氨法,從而將大氣本身變成了一座巨大的氮元素礦。關注合成氨農業應用的人們不吝溢美之詞,說這是在「從空氣中生產麵包」。但氨氣也很容易轉化成硝酸用於炸藥的生產,因此戰時,哈伯的祖國對這一新工藝的渴求勝過了一切。從另一個角度講,由於氮源不再受地理局限或是依賴根瘤,血腥的戰爭也變得更為持久了。

一種可以用作肥料促進生命發展的物質為何又能如此暴力地摧毀生命呢?硝酸鹽可以利用自身的氧原子作為氧化劑快速起火,於是很平常的緩慢燃燒也會演變成野蠻的爆炸。將硝酸鉀、木炭和硫黃按照不同比例混合,你可以得到各種形式的黑火藥,它們曾經在兵器和煙火中被應用了很長時間。

18世紀時,法國化學家讓-安托萬·夏普塔爾(Jean-Antoine Chaptal)命名了氮元素,而他起名的依據便是這種元素存在於硝石中(硝石當時的法語為「nitre」,氮的法語為「nitrogene」,意即由硝石產生)。硝酸鉀中的硝酸根,其實由一個氮原子與三個氧原子構成。當黑火藥中的硝石遇到火花時,其中的氧就會直接與其他可燃物發生反應,一切似乎都會在瞬間發生。可燃物爆炸生成二氧化碳、水蒸氣和含硫氣體,膨脹速度快得讓人難以想像,同時伴隨著光和熱。因此,槍支中的火藥粉末爆炸時,便會推著子彈從槍管中迸出,丟失了氧原子「行李」的氮原子也會以氮氣的形式噴出,再次回到它們最初被固定的源頭——大氣圈。

當你消化食物中的蛋白質時,氮元素最終會以尿素的形式被排出體外。細菌隨後會將尿素轉化為氨氣,進一步再將其氧化成適用於爆炸物的硝酸鹽。美國南北戰爭期間,資源匱乏的南方同盟軍有時會採用草木灰(可獲取鉀)和尿素(可獲取氮)來生產火藥。根據音樂家兼作家裡奇·皮特曼(Rickey Pittman)的個人網站,當時從穀倉到夜壺的各種尿素氮源都被開發利用了。

皮特曼引用了一份由政府代表約翰·哈拉爾森(John Haralson)起草的公開通知,其中寫道:「恭請塞爾瑪的女士們保留好尿液,以備生產硝石之需。每日將送來大桶一隻以便收集。」詩人們很快從這件事中獲得「靈感」,當時有一首歌的結尾就是下文中的這段猥瑣打油詩:

約翰·哈拉爾森哪,拜託你搞點乾淨的發明;

你的硝石啊,多少都有那麼點上不得檯面!

這齷齪的主意喲,約翰,是火藥,也是瘋狂;

每當太太們掀起裙子時,就能射死那些北方佬!