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whitehead 发表于 2006-1-3 03:32

诺贝尔奖获得者全书【1903】【化学奖】

【获奖类别】化学奖
【获奖年代】1903年
【获得情况】斯凡特·奥古斯特·阿累尼乌斯(Svante August Arrhenius)

[img]http://nobelprize.org/chemistry/laureates/1903/arrhenius.jpg[/img]
斯凡特·奥古斯特·阿累尼乌斯(Svante August Arrhenius)
1859年2月19日出生在瑞典乌普萨拉
1927年10月2日与世长辞


【获奖理由】提出了电解质在水溶液中电离的阿累尼乌斯理论,研究了温度对化学反应速率的影响,得出阿累尼乌斯方程。

【研究成果】阿累尼乌斯刻苦钻研,具有很强的实验能力。1883年5月,他提出了电离理论的基本观点:“由于水的作用,电解质在溶液中具有两种不同的形态,非活性的分子形态,活性的离子形态。溶液稀释时,活性形态的数量增加,所以溶液导电性增大”。作为博士论文送交乌普萨拉大学。但是,其导师对其观点不能理解,另一导师则持怀疑态度。最后,由于委员会支持教授们的意见,阿累尼乌斯的论文答辩没有通过。阿累尼乌斯并未因此而灰心。他认为他的观点是正确的,为此寻求科学家的支持。1884年冬再次进行论文答辩时,论文被顺利通过。

     阿累尼乌斯同时提出了酸、碱的定义;解释了反应速率与温度的关系,提出活化能的概念及与反应热的关系等。由于阿累尼乌斯在化学领域的卓越成就,1903年荣获了诺贝尔化学奖,成为瑞典第一位获此科学大奖的科学家。



【获奖感言】 
受权威们责难的电离学说

   1884年瑞典化学家阿伦纽斯(Arrhenius, 1859-1927)提出的电离学说,是化学发展中的一次带有革命性的重要发现。它同原子论、分子论和元素周期律等学说一起,共同奠定了现代化学的理论基础。阿份纽斯由此荣获了1903年的诺贝尔化学奖金。但是,电离学说从刚刚诞生起就遭到了化学权威们的嘲讽、责难和打击,以至不得不在经历了一场艰苦和激烈的斗争以后才得以确立。

   一个新学说的提出

   1799年,意大利物理学家伏特(A.Volta,1745-1827)发明了电池以后,化学家戴维(Davy, 1778-1829) 、 法拉第(Faraday,1791-1867)、格罗特斯(Grotthuss,1785-1822)、希托夫(Hittorf,1824-1914)、拉乌尔(Raoult,1830-1901)和克劳胥斯(Clausius,1822-1888)等人就陆续开展了电化学和溶液理论的研究,并取得了不少重要成果。但是,对于溶液中电解质性质的认识,主导的看法却仍然是认为只有在外界电流的作用下电解质才可能离解为带电的离子。这样就还未能揭示出电解质溶液的本质,阻碍着化学的发展。

   1882年,年仅32岁的青年学者阿份纽斯,在前人成果的基础上进行了溶液导电性的研究。他在实验中发现,氨气本身虽然并不导电,然而其水溶液却可导电,而且溶液越稀,导电性越强。1883年,他对这一现象进行了深入的理论分析。他认识到,要想得到解释,就必须打破流行的传统观念,假定溶液中的电解质在无外界电流的作用下,就可以存在两种形态,即非活性(分子)态和活性(离子)态。当溶液稀释时就可以使前者更多地转化为后者,从而使导电度增强。他并依引撰写出科学论文,准备进行博士学位的答辩。1884年,他在此基础上发表了题为《电解质的导电性研究》的论文,公开提出了电离学说。

   不久,新学说就进一步得到了许多科学实验的证实。1886年,著名德国化学家奥斯特瓦尔德(Ostwald, 1853-1932)在研究酸的催化作用中发现,酯的水解速度和蔗糖的转化速度,都取决于酸解离后生成的氢离子的浓度,证实了酸是发生了电离。同年,著名荷兰化学家范霍夫(Vant Hoff)在研究电解质溶液的渗透压(P)时发现,实际测出的P值总要比理论(依公式PV=PT)计算出的P值高很多,需要附加上一个系数(I) 进行校正(使公式成为PV=Irt)由于P值的高低系取决于溶液中溶质的微粒数目的多少, 因此,P值的增高就是微粒数目增多的表现,是电解质电离成更多离子的证明。此外,阿伦纽斯又从溶液的导电率、渗透压和冰点降低等不同侧面对I值进行了精确有测定, 惊人的发现都是一致的。这说明此类不同侧面的现象原来都是同一的电离过程的种种表现。 因此,I的存在正是对电离学说的一个定量的、更有力的证明。这样,电离学说就从一个科学假说提升为一个精密的定量的科学理论。对此,阿伦纽斯在1887提又发表了题为《关于溶质在水中的离解》的论文,其中引用了更为精确的实验结果,并以“电离”和“电离度”等明确的概念代替了“活化”和“活化系数”等不大明确的概念,对电离学说进行了比较全、系统和深入的阐述和论证。至此,一个具有科学创见的新学说终于最后形成了。

   传统偏见势力的发难

   阿伦纽斯学说用崭新的思想揭示了电解质溶液的本性,破除了当时流行的权威理论的束缚,这使它从一向世起就遭到了以一些化学权威为代表的传统偏见势力的发难。

   1883年,  阿伦纽斯把新学说的思想汇报给了母校瑞典乌普萨拉大学的克列维(Cleve,1840-1905)教授这位化学家曾因发现狄(Ho)等稀土元素而闻名于世,同时在地质学和植物学的研究上也有很高造诣。阿伦纽斯热切期望能得到他的支持和帮助。然而没有想到他在听了以后,却毫不掩饰地大加嘲讽说,阿伦纽斯的想法“纯粹是胡说八道”,是把“鼻子伸进不该去的地方”了。阿伦纽斯后来回忆说,他是“让我明白,要他再细听这种滑稽可笑的议论,就要降低他的身价了”。

   1884年, 阿伦纽斯在乌普萨拉大学博士学位答辩会上宣读了论文后, 教授们“个个怒不可遏”,觉得难以容忍这种“荒谬绝伦”的想法,认为“纯粹是空想”。克列维说,“我不能想象,比如,氯化钾怎么会在水中分解为离子。钾在溶液中能独立存在吗?任何一个小学生都知道,钾遇水就产生强烈反应,同时形成氢氧化钾和氢气;氯的水溶液是淡绿色的,又有剧毒。可是氯化钾的水溶液却是无色的,完全无毒”。他们认为,这些事实似乎就充分“证明”电离学说是一种“无稽之谈”了。新学说在乌普萨拉大学遭到了几乎所有化学家和物理学家的冷遇。然而实际上正是这些专家们自己未能分清原子和离子的本质区别而犯了错误。

   对电离学说的责难并不止此。当阿伦纽斯论文公开发表以后,就遭致了更大规模和更加猛烈的攻击。英、德、法、俄等许多国家的化学家,其中包括一些在声望上远远超过克列维教授的著名化学家,都群起而攻之,形成了一条国际化学界的反对阵线。为首的就是大名鼎鼎的、以发现元素周期律而享有极高盛誉的俄国化学家门捷列夫, 此外还有以研究溶液理论著称的英国化学家阿姆斯特朗(Armstrong,1848-1837),以发明溶液渗透膜闻名的法国化学家特劳贝(Traube,1826-1894),以研究溶液电动现象受到德国人民尊敬的德国化学家魏德曼(Wiedemann) ,以建立“溶液蒸汽张力”定律知名的俄国化学家柯诺瓦洛夫(KohobaЛob,1856-1929),以及化学家皮可林(Pikering)和别凯托夫(Бeketob)等等。他们认为,由于电离学说违背了戴维和法拉第所建立的经典的电化学理论, 因而是“奇谈怪论” ,“不值一提”,迟早会被推翻。对此,门捷列夫预言说,“这个假说随着时间的转移将占有如燃素论所早已占有的那种地位”而必将失败。它像燃素学说一样,虽然也“曾有过不少热心的捍卫者”,然而却是在“捍卫一种不正确的假说”。电离学说受到了传统偏见的暴风雨般的打击,严重地影响了这一新学说的确立和传播。

   “离子主义者联盟”的最终胜利

   年轻的阿伦纽斯在化学权威们的攻击面前并没有表现怯懦、动摇和丧失信心。他坚信自己从科学实验中概括出来的学说是正确的,并决心为捍卫科学的真理而进行一场不屈的斗争。 正如化学家帕尔美(Palmaer)评价他时所说,“他那真正瑞典人的性格——特别好斗,然而又温厚,并同那有声有色的幽默相结合,就使他能够在战斗时很好地认清事态”。他勇敢地投入了斗争。

   为了寻求知音者的支持,他在那次论文答辩后的第二天,就把论文分别寄给了另外几位著名的化学家奥斯特瓦尔德、 范霍夫、克劳胥斯和梅耶尔(Meyer,1814-1878)等人,征求他们的意见。这些化学家同门捷列夫等人的保守态度相反,都给予了积极肯定。特别是奥斯特瓦尔德颇感兴趣,还不远千里亲自来乌普萨拉同他一起讨论。范霍夫也很重视新学说,称赞它是“物理化学史上的一次革命”。这样,阿伦纽斯、奥斯特瓦尔德和范霍夫等三人就组成了一个巩固的“离子主义者联盟”,团结一致,共同向保守势力展开了斗争。他们的人数虽然不多,然而却掌握着可靠的事实,被誉为是一支“能征善战”和不断取得胜利的“离子学家的奇军”。斗争的不断胜利,使阿伦纽斯深受鼓舞。他说,自己能够“经历并直接参加如此蓬勃的科学发展,乃是一种唯有幻想才能及的最大幸福”。

   但是,旧思想在一些化学家的头脑中还是根深蒂固的。许多化学家仍然在报刊和杂志及学术会议上不断攻击电离学说,“告诫”青年千万不要醉心于那种狂妄的荒谬的新学说。阿伦纽斯不得不写出一篇篇文章进行批驳。他同奥斯特瓦尔德和范霍夫等人一起回答了诸如电解质电离的能量来源,电荷相反的离子未成对结合的原因,亲和力强的电解质反而易电离的道理等一系列具体问题,进一步提高了电离学
说的说服力。1889年门捷列夫又发表了《溶质离解简论》,对电离理论进行了再次抨击。阿伦纽斯则立即予以回击,强调指出,虽然门捷列夫的观点得到了许多著名化学家的支持,但是也“不能同意这位伟大的俄国化学家的见解”,因为他“忽视了构成离解理论的那种东西的主要部分”,没有看到“大量的物理化学问题都是靠了渗透压和电离理论才得到解决的”。

   经过了反复和艰苦的斗争以后,电离学说逐渐赢得了越来越多科学家的承认。著名德国物事学家普朗克(Plank, 1858-1947)以他严谨的热力学观点给予了有力支持。 著名奥地利物理学家玻尔兹曼(Boltzmann,1844-1906)和著名荷兰物理学家范德华(Vander Waals,1837-1923)等人也都积极肯定。电离学说提供的大量科学事实已经是无可非议和无可辩驳的了。这样,电离学说终于征服了一个个艰难险阻,取得了最后胜利,促进了化学进展。

   电离学说的确立,消除了电解质溶液渗透压反常的矛盾,解释了酸的催化作用机理,揭示了酸的氢离子的共同本质,建立了原子和电子的联系,并为价电子理论的形成提供了前提。它阐明了溶液电导和冰点降低等一系列物理化学现象的实质,并奠定了做为“离子科学部门”的分析化学的理论基础,使其从一种操作技艺提升为一门科学。此外,它还指导了所有溶液化学反应(也是大多数化学反应)的研究。它的确立,无愧是继原子论、分子论和元素周期律之后,在化学发展中取得的又一重大理论成果。

   电离学说的作用还远远超过了化学学科本身的界限。它进一步沟通了化学和物理学的联系,促进了物理学的发展。它还有力地指导了制碱制氯、熔盐电解和有色冶金等生产实践,使化学工业和冶金工业取得了重大进展。它“被证明在现代科学一切部门中都旧适用而有益的”。因此,有的科学史家把电离学说视为19世纪科学发展中的“最大总结之一”是并不过分的。阿伦纽斯作为电离学说的创建者获得了一系列崇高的荣誉。1901年当选为瑞典皇家科学院院士。1903年荣获英国皇家学会的戴维勋章。同年,又荣获诺贝尔化学奖的获得者。1905年至1927年间荣任诺贝尔物理学和化学研究所的理事长,直到逝世。这些荣誉,正是他和他的“离子主义者联盟”在捍卫科学真理的斗争中所取得胜利的标志。





【其它事件】
电离学说的创立者阿累尼乌斯

斯范特·奥古斯特·阿累尼乌斯是近代化学史上的一位著名的化学家,又是一位物理学家和天文学家。阿累尼乌斯1859年2月19日出生在瑞典乌普萨拉阴近的维克。他的父亲名叫斯范特·古斯培夫,母亲名叫卡罗利娜·克利斯蒂娜·通贝格。父亲早年毕业于乌普萨拉大学,曾在维克经营过地产。1860年,举家迁往乌普萨拉城,古嘶塔夫出任乌普萨拉大学的总务长。父母共有口个子女,阿累尼乌斯是他们的次子。

   阿累尼乌斯从小聪明出众,3岁的时候就能认字。哥哥约翰写作业时,他经常在旁边仔细地看着。他凭着个人特有的天赋,从算术书上看懂了一些简单的算法。6岁那年他竟然能够坐在父亲的身边,协助父亲算起帐来。小学里的课程,远远满足不了他的求知欲望,他要求父亲早日把他送进中学。在乌普萨拉城一所教会办的中学里,阿累尼乌斯对数学、物理、生物和化学产生了特殊的兴趣,成绩优异。

   1876年, 17岁的阿累尼乌斯中学毕业,考取了乌普萨拉大学。他最喜欢选读数学、物理、化学等理科课程,只用两年他就通过了学士学位的考试。1878年开始专门攻读物理学的博士学位。他的导师塔伦教授(T.R.Thalen)是一位光谱分析专家。在导师的指导下,阿累尼乌斯学习了光谱分析。但他认为,作为一个物理学家还应该掌握与物理有关的其它各科知识。因此,他常常去听一些教授们讲授的数学与化学课程。渐渐地,他对电学产生的浓厚兴趣,远远超过了对光谱分析的研究,他确信“电的能量是无穷无尽的”,他热衷于研究电流现象和导电性。这引起了导师塔伦教授的不满,他要求阿累尼乌斯要务正业,多研究一些与光谱分析有关的课题。俗话说,“人各有志,不可强留”。目标不同,使阿累尼乌斯只好告别这位导师。

   1881年,他来到了首都斯德哥尔摩以求深造。在瑞典科学院物理学家埃德伦德(E.Edlund)教授的指导下,进行电学方面的研究。不久,阿累尼乌斯就成了埃德伦德教授的得力助手。每当教授讲课时,他就协助导师进行复杂的实验,在从事科学研究时,他就配合教授进行某些测量工作。因此,他的才干很得教授的赏识。几乎所有的空闲时间,他部在埋头从事自己的独立研究,在电学领域中,他对把化学能转变为电能的电池很有研究兴趣。

   年轻的阿累尼乌斯刻昔钻研,具有很强的实验能力,长期的实验室工作,养成了他对任何问题都一丝不苟、追根究底的钻研习惯。因而他对所研究的课题,往往都能提出一些具有重大意义的假说,创立新颖独特的理论。他发现在电池中,除了由化学反应产生的化学能转化为电能外,还存在一些引起电极极化的因素,而这会降低电流回路的电压。于是,他着手研究能够减少甚至防1发生极化作用的添加物。他坚持反复实验,终于明白极化效应取决于添加物——去极剂的数量。电离理论的创建,是阿累尼乌斯在化学领域最重要的贡献。

   在19世纪上半叶,已经有人提出了电解质在溶液中产生离子的观点,但在校长时期内,科学界普遏赞同法拉第的观点,认为溶液中“离于是在电流的作用下产生的”。阿累尼乌斯在研究电解质溶液的导电性时发现,浓度影响着许多稀溶液的导电性。阿累尼乌斯对这一发现非常感兴趣,特地向导师请教,埃德伦德教授很欣赏他的敏锐的观察能力,为他指出了进一步做好实验、深入探索是关键所在。阿累尼乌斯在实验中对教授设计的仪器做了大胆的改进,几个月的时间过去了,他得到了一大堆实验测量的结果。处理、计算这些结果又用去了好长时间。此间他又发现了一些更有趣的事实。例如,气态的氨是根本不导电的,但氨的水溶液却能导电,而且溶液越稀导电性越好。大量的实验事实表明,氢卤酸溶液也有类似的情况。多少个不眠之夜过去了,阿累尼乌斯紧紧地抓住稀溶液的导电问题不放。他的独到之处就是,把电导率这一电学属性,始终同溶液的化学性质联系起来,力图以化学观点来说明溶液的电学性质。1883年5月,他终于形成了电离理论的基本观点。他认为,当溶液稀释时,由于水的作用,它的导电性增加,为什么呢?他指出:“要解释电解质水溶液在稀释时导电性的增强,必须假定电解质在洛液中具有两种不同的形态,非活性的一分子形态,活性的——离子形态。实际上,稀释时电解质的部分分子就分解为离于,这是活性的形态;而另一部分则不变,这是非活性的形态……”他又说:“当溶液稀释时,活性形态的数量增加,所以溶液导电性增强”。伟大的发现!阿累尼乌斯的这些想法,终于突破了法拉第的传统观念,提出了电解质自动电离的新观点。为了从理论上概括和阐明自己的研究成果和新的创见,他写成了二篇论文。第一篇是叙述和总结实验测量和计算的结果。题为“电解质的电导率研究”,第二篇是在实验结果的基础上,对于水溶液中物质形态的理论总结,题名为:“电解质的化学理论”,专门阐述电离理论的基本思想。阿累尼乌斯把这两篇论文,送到瑞典科学院请求专家们审议。1883年6月6日经过斯德哥尔摩的瑞典科学院讨论后,被推荐予以发表,刊登在1884年初出版的《皇家科学院论著》杂志的第十一期上。

   1883年底,当阿累尼乌斯收到上述杂志关于这两篇论文的校样后,他又产生了一个想法。他把其中的主要内容集中起来,写成《电解质的导电性研究》作为学位论文送交乌普萨拉大学。该校学术委员会接受了他的申请,决定在1884年5月进行公开的论文答辩。答辩会争论得非常激烈。阿累尼乌斯以大量无可辩驳的实验事实,说明电解质在水中的离解,精辟地阐述了自己的新见解,受到多数委员和与会者的赞许。但是,阿累尼乌斯的导师塔伦教授表示,他对实验事实无任何异议,只是对电解质在水溶液中自动电离的观点不能理解。另一位导师克莱夫教授则提出,他对阿累尼乌斯的实验事实持怀疑态度,认为电解质在水溶液中自动电离的观点是十分荒唐的。阿累尼乌斯反复列举出大量实验事实来支持自己的观点,他引证了早在1857年德国科学家鲁道夫·克劳晋斯提出的电解质在水溶液中不用通过电流就会产生离子的假设,也引用了德国化学家奥斯特瓦尔德的研究成果来为自己的观点辩解。但最后,由于委员会支持教授们的意见,阿累尼乌斯的答辩成绩只得了3分。

   一场激烈的辩论过去了,阿累尼乌斯并未因成绩不佳而灰心。相反,他坚信自己的观点是正确的。为了寻求更加广泛而公正的评价,答辩后第二夭,他就把自己的论文分别寄给了欧洲的一些著名科学家。不久,他收到了来自波恩的克劳晋斯的复信。住在杜宾根的L.迈尔,长居俄国里加的W.奥斯特瓦尔德,以及荷兰的青年化学家范霍夫也都先后给他写来了评价很高的支持信件。其中,奥斯特瓦尔德对阿累尼乌斯的工作表现出特殊的兴趣。他不仅充分肯定了这位青年人的实验成果,而且信中还提出了许多有关研究酸的催化作用的问题,建议同他一起研讨共同感兴趣的课题。这封信成了他们后来长期合作的开端。1884年8月、奥斯特瓦尔德专程来到鸟普萨拉会见这位青年学者。共同的志趣,相同的学术观点,使他们结下了深厚的友谊。奥斯特瓦尔德肯定阿累尼乌斯的电离学说新观点从理论上说明了酸起催化作用的根本原因。一位欧洲著名学者的来访,轰动了暑假中宁静的乌普萨拉大学的校园。克莱夫等么些教授,对阿累尼乌斯受到如此特别器重,都感到十分惊奇。在国内,斯德哥尔摩的埃德伦德教授、彼得松教授等少数知名科学家也表示支持阿累尼乌斯的新见解。大学当局决定,再次为阿累尼乌斯举行论文答辩:当年冬天的这次答辩进行得异常顺利,论文被通过。不久,阿累尼乌斯被任命为物理化学副教授。只有固执的克莱夫教授及其支持者们,仍然拼命地反对新生的电离理论。因此,阿累尼乌斯只好离开乌普萨拉城,重新回到斯德哥尔摩在埃德伦德教授的领导下工作。在那里,他继续深入研究电解质的导电性。

   埃德伦德非常器重阿累尼乌斯的知识和敏锐的观察能力,特别赞赏他那敢于冲破传统观念、追求真理的精神,对他的工作予以全面支持和热心指导。在教授的帮助下,他的科学成果受到了普遍重视。1885年底,阿累尼乌斯获得瑞典科学院的一笔奖金,从而使他有了出国深造的条件。

   1886年,他首先来到俄国,在里加工学院奥斯特瓦尔德的实验室里,完成了他们早已确定的合作计划。接着他去武尔茨堡,在电学家科尔劳什教授的实验室里,研究气体的导电性,还研究了作为溶剂的水,在电离过程中所起的作用。随着研究工作的进展,阿累尼乌斯的学术水平提高很快。但他同时越发感到自己的知识不足,他需要学习更多、更广泛的知识。为了不断扩大自己的知识面,他必须向更多的具有不同学术风格和特长的专家去求教。于是,在18871年他又去了格拉茨,在玻尔兹曼的实验室里工作。1888年初,他到了荷兰的阿姆斯特丹。他同范霍夫合作,进行了一系列与电解质洛液冰点降低有关的测定。他们根据实验结果,计算了范霍夫关于稀溶液渗透压公式中的等渗系数之值以及电离度等数据,并以电离理论加以解释。这种合作使双方都得到 启迪,感到收益巨大。此后,阿累尼乌斯赶到莱比锡,在奥斯特瓦尔德领导的物理化学研究所从事新的实验研究,进一步丰富与完善了电离理论。

   1888年夏天,阿累尼乌斯结束了对欧洲各国的周游,兴冲冲地返口自己的祖国。他热爱瑞典,渴望长期工作在家乡的土地上。然而现实又令他失望,在国内,他的科学成就仍然得不到科学界的普遍承认。就连一贯支持他的埃德伦德老教授,不久也与世长辞。他想回乌普萨拉,但由于克莱夫教授的反对,乌普萨拉大学连一个化学助教的职位也不能给他安排,他只好去给生理学家汉马尔斯腾教授当助手。直到1891年,在奥斯特瓦尔德的推荐下,阿累尼乌斯收到了德国吉森大学聘他为物理化学教授的邀请。这件事引起了国内学术界对他的关注,人们前来挽留他。出于对祖国的热爱,阿累尼乌斯毅然谢绝了这一聘任,宁愿留在斯德哥尔摩工学院任物理学副教授。从此,他在国内的学术地位受到了普遍的确认,国际上的威望也越来越高。1895年他成为德国电化学学会会员,次年他出任斯德哥尔摩大学校长。

   阿累尼乌斯在物理化学方面造诣很深,他所创立的电离理论留芳于世,直到今天仍常青不衰。他是一位多才多艺的学者,除了化学外,在物理学方面他致力于电学研究,在天文学方面,他从事天体物理学和气象学研究。他在1896年发表了“大气中的二氧化碳对地球温度的影响”的论文,还著有《天体物理学教科书》在生物学研究中他写作出版了《兔疫化学》及《生物化学中的定量定律》等书。作为物理学家,他对祖国的经济发展也做出了重要贡献。他亲自参与了对国内水利资源和瀑布水能的研究与开发,使水力发电网遍布于瑞典。他的智慧和丰硕成果,得到了国内广泛的认可与赞扬,就连一贯反对他的克莱夫教授,自1898年以后也转变成为电离理论的支持者和阿累尼乌斯的拥护者。那年,在纪念瑞典著名化学家贝采里乌斯逝世50周年集会上,克莱夫教授在其长篇演说中提到:“贝采里乌斯逝世后,从他手中落下的旗帜,今天又被另一位卓越的科学家阿累尼乌斯举起。”他还提议选举阿累尼乌斯为瑞典科学院院士。由于阿累尼乌斯在化学领域的卓越成就,1903年他荣获了诺贝尔化学奖,戌为瑞典第一位获此科学大奖的科学家。1905年以后,他一直担任瑞典诺贝尔研究所所长,直到生命的最后一刻。他还多次荣获国外的其它科学奖章和荣誉称号。

   晚年的阿累尼乌斯,体弱多病,但他仍不肯放下自己的研究。他抱病坚持修改完成了《世界起源》一书的第二卷。1927年10月2日,这位68岁的科学巨匠与世长辞。阿累尼乌斯科学的一生,给后人以很大的思想启迪。首先,在哲学上他是一位坚定的自然科学唯物主义者。他终生不信宗教,坚信科学。当19世纪的自然科学家们还在深受形而上学束缚的时候,他却能打破学科的局限,从物理与化学的联系上去研究电解质溶液的导电性,因而能冲溃传统观念,独创电离学说。其次,他知识渊博,对自然科学的各个领域都学有所长,早在学生时代就已精通英、德、法和瑞典语等四五种语言,这对他周游各国,广泛求师进行学术交流起了重大作用。另外,他对祖国的热爱,为报效祖国而放弃国外的荣誉和优越条件,在当今仍不失为科学工作者的楷模。






研究文献原文存放:
《天体物理学教科书》
《兔疫化学》
《生物化学中的定量定律》
《世界起源》

阿累尼乌斯 的讲演稿(Prize Lecture)已经上传到:
邮箱地址:[email]yljnoble@126.com[/email]
密码:yalvjiang




Svante Arrhenius – Banquet Speech
Svante Arrhenius' speech at the Nobel Banquet in Stockholm, December 10, 1903 (in Swedish)

Eders K. H鰃heter, mina damer och herrar!

Jag kan i denna h鰃tidliga stund ej annat 鋘 ge uttryck 錿 den djupa tacksamhet, som besj鋖ar mig p

whitehead 发表于 2006-1-3 13:25

一点遗憾:

瑞典物理化学家、一九○三年化学奖得主阿累尼乌斯(Svante Arrhenius)在担任物理学奖评委的二十七年(一九○○——一九二七)期间,颐指气使,不可一世。他因自己的溶解理论曾受到过门捷列夫的批评而迁怒于他,利用自己在瑞典科学界的声望,跨学科千方百计阻碍门捷列夫获得化学奖。另一方面,阿累尼乌斯又通过自己的影响,报答他的德国同行、曾在他受到排挤时邀请他前往研究的奥斯特瓦尔德(Wilhelm Ostwald),让他在一九○九年获得化学奖。他还使居里夫人(Marie Curie)于一九一一年、维那(Alfred Werner)于一九一三年和理查德茨(Theodore William Richards)于一九一四年获奖。对于同是物理化学奠基人的“对手”、德国物理学家能斯特(Walther Nernst),阿累尼乌斯也因为能斯特的一个学生曾对自己的一些发现提出过挑战而在评选过程中对能斯特一再挑剔,阻碍这位从一九○○年起就连续被提名的科学家获奖。在第一次世界大战结束时,评委又以授予能斯特诺奖可能会授人以支持德国的战争机器的把柄,再一次拒绝授奖与他。这时,担任化学奖评选委员会秘书的化学家帕尔莫(Wilhelm Palmoer)领头反抗,诺奖得主菲歇尔(Emil Fischer)、理查德茨、普朗克(Max Planck)和哈伯(Fritz Haber)联袂支持,阿累尼乌斯和能斯特的学生、来自巴伐利亚与德国保持密切联系的冯·欧勒(Hans von Euler-Cheplin)也给能斯特很高的评价。阿累尼乌斯仍然从中作梗。到一九二一年,委员会以虽然能斯特的研究成果不在化学领域但对化学有显著影响为由,同意将一九二○年没有授出的化学奖授予能斯特。而到那时,能斯特已先后被提名六十八次(其中化学奖五十八次、物理学奖十次),在当年又获得总共五十个提名中的二十二个。

whitehead 发表于 2006-1-4 14:53

19世纪的物理化学

  物理化学中的分子运动理论、热力学和电化学这三大分支在十九世纪进步很快。此外,这一学科的其它分支,如光化学和胶体化学,也已开始形成,不过,它们到二十世纪方才取得长足进展。

  分子运动理论和热力学齐头并进,它们的基础是十九世纪初的物理学。当时的化学家大都不太注意物理学的新发现。他们热衷于有机化学的非定量推理方法,轻视数学定律,而发现和运用数学定律正是姊妹学物理学的首要特征。物理学家则在探寻着自己的道路,他们确实也使用化学物品,但却力图把他们作用的具体物质概括为理想气体、液体和固体,因为这些理想状态的物质的特性和所遵循的规律在任何情况下都能适用。

  一位化学家的某一观测数据,偶尔也会为物理学家们所采用。但是,在出现这种情况时,其他化学家对由此获得的成果是不大关心的。例如,公元1807年,盖-吕萨克观测到,气体膨胀进入真空并没有作功,表现是温度没有变化。采纳这个结论的就是物理学家,而不是化学家。雅克·亚历山大·赛萨·查理(Jacques Alexadre Cesar Charles,公元1746-1823年)于1787年左右提出了气体体积随温度变化的定律。道尔顿和盖-吕萨克也曾计算出查理定律表达式中常数的近似值。但是,同现在使用的1/273非常接近的数值,则是物理学家享利·维克托·雷尼奥(Henri Victor Regnault,公元1810-1878年)算出的。

  比埃尔·普雷沃斯特(Pierre Prevost,公元1751-1839年) 提出了物质的吸收热和辐射热保持动态平衡的极其重要的观念。这一观念推广到发生的各种化学过程却是极其缓慢的,但它一旦被化学家们所接受,便为取得许多新的进步开辟了道路。

  人们探索如何解释亲和力的活动,一直是做出化学发现的动力。如上所述,不重视数学方法的有机化学家们摈弃了柏齐力阿斯用来解释亲和力的对立电荷说,并且放弃了对亲和力性质做出说明的一切努力,只不过使用“亲和力单位”一词来表示价键。有些化学家觉得。物理学家新近提出的能量概念似乎为理解亲和力指出了一条比较理想的途径。产生这种化学吸引力的根本原因问题,在这一研究过程中仍然遭到忽视,二十世纪以前一直无人问津。然而,这种新的研究方法在其它方面终于取得了丰硕成果。

  公元1777年,温策尔想根据金属在各种酸中的溶解速率来测定亲和力。采用这种方法虽没有收到预期的效果,但也许可算是研究反应速率的首次尝试。柏托雷研究的主要是化学平衡条件对反应物的影响问题,在某种程度上也可算是研究亲和力的一次尝试。这两方面的研究都没有对亲和力作出明确的解释。公元1850年前,再没有人研究这一问题。公元1850年,路德维希·威廉米(Ludwig Wi1helmy,公元1812-1864年)研究了蔗糖加酸的水解情况,通过溶液旋光性的变化测定了转化程度[1]。他指出,如果用Z表示蔗糖浓度,在时间间隔dT内蔗糖损耗量(dZ)可用-dz/dT=kZ表示。这个单分子反应式是化学反应过程的第一个数学表达式[2]。

  与威廉米同时代的威廉森发现,如果一种反应按一定速率生成反应物,反应物又按一定速率还原为原来的物质,则经过一段时间必然会达到平衡状态。化学家们并没有立即接受这种动态平衡的观点。尚未摆脱旧思想束缚的马西林·柏特罗和皮思·戴·圣吉勒斯(L.Pean de St.Gilles,公元1832-1863年)继续了威廉米的工作。他们仍抱着测定反应的亲和力关系的想法,研究了酸和醇的脂化动力学。柏特罗和圣吉勒斯研究的只是各种酯类的生成过程,而不是它们的水解作用,因而并没有发现这些反应过程中出现的动态平衡。

  真正认识到动态平衡概念重要意义的是两位挪威科学家卡托·马克西米林·古德贝格(Cato Maximilian Guldberg,公元1836-1902年)和彼得·瓦格(Peter Waage,公元1833-1900年)。公元1863年,他们在用挪威文发表的一本小册子中,提出了日后成为现代化学重要基础的质量作用定律。公元1867年,该书法文本问世,但实际上依然无人闻问[3]。范特·霍夫等人在这一期间曾论述过质量作用定律的许多特例。公元1879年,古德贝格和瓦格在德国一家重要刊物上发表论文,全面阐述了自己的理论[4],从此以后他们的工作方才为人们所信服。

  他们虽然也认为亲和力是产生化合作用的原因,但他们在质量作用定律的公式中只把亲和力当作一个对他们的研究工作无足轻重的常数。这一理论的重要之点就在于:他们认识到反应物的浓度构成了决定正反应和逆反应能否趋于平衡的“有效质量”。他们弄清了浓度的重要作用和动态平衡概念的巨大意义,从而最后完成了六十年前柏托雷开始进行的这项工作。 化学动力学向现代阶段发展所必不可少的其它一些基本观点,大约也出现于同一时期。公元1877年,范特·霍夫从研究有机化学转而研究刚刚得到公认的新领域物理化学。他根据参加反应的分子数目把化学反应分成几类。他用这种方法规定出不同的反应级,对弄清反应历程大有益处[5]。几乎与此同时,斯凡特·阿累利乌斯(Svante Arrhenius,公元1859一1927年)发现,并不是每个分子的碰撞都能引起化学反应,即使在双分子反应中也是如此。因此,他提出了“活化分子”与“活化能”的概念[6]。在这些思想的基础上,化学动力学终于被公认为化学的一个分支,对了解化学反应的实际过程作出了重大贡献。

  人们以前早就发现,加进少量其它物质会使某些反应过程大大加快,不管反应物发生什么变化,这种添加物显然原封不动。早在人们通过实验发现这种现象以前,古代化学哲学家就曾设想可能存在着这种物质。炼金术士想象中的哲人石的作用,或是医疗化学家认为能控制人体机能的“酵素”的作用,都是现在我们所说的催化作用的典型现象。

  查理·伯纳德·德索美(Charles Bernard Desormes,公元1777-1862年)和尼古拉·克莱门特(Nicolas Clement,公元1779-1841年)最早从纯化学观点对催化过程作出描述,于公元1806年提出用铅室法制造硫酸的理论[7]。他们发现反应过程中氧化氮的氧与琉结合时硝酸并末减少。由此可见,他们在一开始研究催化作用时就提出了中间化合物的生成理论。

  在随后几年中,研究催化作用的还有其它许多事例,比如,古特里布·西吉斯蒙·基尔霍夫(Gottlieb Sigismund Kirchhoff,公元1764-1833年)研究过淀粉加酸的水解情况,亨弗利·戴维及其表弟埃德蒙·戴维(Edmund Davy,公元1785-1857年)等化学家研究过某些有机化合物在金属表面的氧化作用。多伯临纳沿着这个方向继续工作,于1822年发现用细铂丝可使氧和氢发生化合。[8]

  关于催化作用的观测记录,散见于各种文献,这就有待于化学的伟大奠基人柏齐力阿斯进行总结和提出一个统一理论。公元1836年,他全面检查了他所熟知的观测事例,认为在所有这些过程中都有某种新的力在起作用。他无法肯定这是一种什么力,可是深信这种力在某些方面与他所说的电化亲和势有关。他提议将这种力命名为“催化力”,并根据“analysis”(分析)一词加以类推,把它的作用称为“catalysis”(催化),该词在希腊语中意思就是“分解”。[9]

  人们从未放弃有中间化合物生成的设想,但有关催化力机理的理论一直模糊不清。公元1850年,威廉森曾运用这种机理解释醇在硫酸催化下生成醚的过程[10]。由于化学家的头脑中有了能量概念,所以设想这种神秘的力与分子的某种能态变化有关的理论也一直非常流行。

  物理化学之父威尔赫姆.奥斯特瓦尔德(Wilhelm Ostwald,公元1853-1932年)于公元1894年终于提出了一个关于催化剂的现代观点:凡是能加快反应速度,而又不改变反应过程总能量关系的物质,叫催化剂[11]。有趣的是,奥斯特瓦尔德是在为别人的一篇阐述食物燃烧热的论文写的摘要中提出他的这个理论的。他原是为自己办的一份刊物写的这篇摘要,先是转述作者提出的催化理论,接着对这种理论进行了批判,提出了个人的论点。一个重要的新理论最早竟是发表在《化学文摘》(Chemical Abstracts)这样的杂志上,现代化学家是难以想象的。奥斯特瓦尔德的催化学说终于阐明了催化现象和化学动力学的关系。从那时起,催化过程变得日益重要起来,在工业中更是如此。

  十九世纪人们认识亲和力的经过已如上述,但是没有一种方法能提出亲和力的明确概念或是指出一个定量的研究途径。有机化学家只限于推测亲和力的存在,却不肯致力于亲和力的解释或测定工作。化学动力学的研究者发现这一问题的外部因素极其复杂,很难弄清。只是在经过热化学家的一番努力,并且运用了物理学家提出的热力学定律,人们才实现了亲和力的定量测定。

  化学家自从广泛接受拉瓦锡的热质说以后,忽视了热化学的研究,前后竞达五十年之久。在这一期间,物理学家却忙个不停。他们开始注意研究各种形式的能,而他们的观点则和化学家的看法大相径庭。物理学家使用化学物质不过是想从它们的性质中概括出固体、液体和气体的理想状态。实际遇到的情况则与理想状态千差万异,简直不胜其烦,令人很难运用支配各种物质属性的基本数学定律加以证明。既然有必要了解与实际情况接近的理想状态,那么物理学经历的这一阶段自然是科学发展过程中必不可少的一步,但这一工作并不是有意要弥合物理学家和化学家之间存在的分歧,化学家们继续研究的仍然是具体物质的性质。 十七世纪时,热的分子运动学说几乎已普遍为人们所接受。十九世纪初,它在物理学中的地位再次被确认下来。美国最早的科学家之一本杰明·汤普逊(Benjamin Thompson,公元1753-1814年)在欧洲做过大量研究工作,巴伐利亚选帝侯(E1ector of Bavaria)曾授予他伦福德伯爵(Count Rumford)的称号。公元1798年,他发现在钻炮膛时摩擦生出大量的热,从而对热质说有了怀疑。公元1799年,戴维宣布,用冰块互相摩擦生成的水的热容量大于冰的热容量。公元1819年,克莱门特和德索美用实验方法证明,声波中空气的压缩并不遵守波义耳定律,因为压缩产生的热来不及散发。物理学家们逐渐认识到热是能的一种形式,因此热的性质近似于他们研究的能的其它形式。电、磁、热和化学反应等各种形式的能可以互相转化也已得到证明。法国青年军事工程师尼古拉·伦纳德·萨迪·卡诺(Nico1as Leonard Sadi Carnot,公元1796-1832年)对蒸汽机[12]的经典性研究奠定了热力学的基础,引进了理想可逆状态的概念。公元1840年后,这方面的工作进展很快。

    贝诺特·保罗·埃米尔·克拉佩龙(Benoit Paul Emi1e C1apeyron,公元1799-1864年)把卡诺的结论画成了解析图。公元1842年,德国医生罗伯特·迈尔(Robert Mayer,公元1814-1887年)受到人在热带地区静脉血颜色发红的启发,发现在炎热的气候条件下,氧化产生较少的能量足以供应人体的需要[13]。他根据这一观察结果,推导出能量守恒定律,而前人在这方面所做的大量工作早已蕴含有这一定律的萌芽。公元1847年,赫尔曼·赫尔姆霍茨(Hermann HelmhotLz,公元1821-1894年)对这一定律的内容进行了全面发挥[14]。公元1845年,英国酿酒师詹姆斯·普雷斯科特·焦耳(James Prescott Joule,公元1818-1889年)测定了热功当量。鲁道夫·克劳胥斯(Rudolf C1aulsius,公元1822-1888年)于1850年,威廉·汤姆生(William Thomson,公元1824-1907年)即后来的凯尔文勋爵(Lord Kelvin),于1851年,以卡诺和克拉佩龙的理论以及能量守恒定律为依据,分别推导出热力学第二定律,该定律指出从一个卡诺热机不能获得无限多的热量。在研究过程中,汤姆生已经意识到查理定律隐含的绝对零度是有的,从而规定出绝对温标,或称凯尔文温标。公元1845年,克劳胥斯用“熵”(entropy)[15]的概念重申了热力学第二定律,熵在任何不可逆变化中总是趋于增大。公元1865年,他倡议使用“熵”这个词,并对这两条定律作出下述的著名概括:“1.宇宙能量恒定不变。2.熵趋向最大值。”[16]很多分子运动理论都是从热力学中推导出来的,虽然直到运用统计方法以后人们才充分认识到这些关系的重大意义。

  到公元1860年,物理学家已逐渐建立起热力学这门完整的新学科,但热力学并没有和几乎同时在进行的热化学研究工作结合起来。拉瓦锡、拉普拉斯和塞魁思都不自觉地根据能量守恒概念研究过生理学,能量守恒概念大概是拉瓦锡从他关于质量守恒的论证中引伸而来。但在公元1840年前,这方面的工作并没有取得什么重大成就。 公元1840年,杰迈因·亨利·海斯(Germain Henri Hess,公元1802一1850年)在圣彼得堡发表了一篇关于各种化学反应热的研究报告,指出生成物的制得不论经过多少中间步骤,释放的总热量总是相等[17]。这条总热量守恒定律其实不过是两年后迈尔提出的能量守恒定律的一个特例。

  戴思·茹留·汤姆生(Dane Julius Thomsen,公元1826-1909年)和另一位从有机化学转去研究物理化学的法国人马西林·柏特罗,曾根据这一定律对各种化学反应热进行过大量测定工作。我们所用的“吸热”(endothermic)和“放热”exothermic)等术语就是柏特罗提出来的。汤姆生和柏特罗的结论是,从反应热的测定中可以找到测定亲和力的定量方法。柏特罗把他的这个“最大功原理”表述如下:“凡是没有外部能量输入的化学反应都有生成可以释放出更多热量的物体或物系的趋向。[18]”这一论点几乎立即遭到赫尔姆霍茨的驳斥。瓦尔特·奈恩斯特(Walther Nenst,公元1864-1941年)在他的热学定理(即热力学第三定律)[19]中指出,柏特罗的上述原理只有在接近绝对零度时才能适用。柏特罗的主张公布后,曾引起很大争论,结果推动人们在热力学方面取得了重大成就。

  公元1869年,奥古斯特·弗里德里希·霍尔斯特曼(August Friedrich Horstmann,公元1843-1929年)最早把物理学家的热力学引进化学家的工作。他在研究氯化铵的升华过程时运用了熵的概念[20],指出这一过程和液体的蒸发过程遵守同样的规律。从此以后,化学中才有可能采用克劳胥斯-克拉佩龙方程。

  耶鲁大学数学物理教授约西亚·威拉德·吉布斯(Josiah Willard G1bbs,公元1839-1903年)写出一篇综合论文,对化学热力学做出了极大贡献。他对多相物质平衡[21]的研究有着丰富的思想内容。他提出的化学势概念也非常重要。他的论文中关于相律的部分最为有名,相律表示的是成分的数目C(即一个系统中具体物质的数目)、相的数目P(如气体、液体或固体)和自由度F (如温度、压力或浓度)之间的平衡关系,可列出以下方程:F=C+2-P

  令人遗憾的是,刊载这篇论文的《康乃狄格州理工学院学报》(Transactions of the Connecticut Academy of Science)不太引入注目,吉布斯用来表述自己思想的数学推导又相当严谨,除少数专家外,一般人无法理解论文的真正含义。例如,物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦(James Clerk Maxwell,公元1831-1879年)曾向冯·德·瓦尔斯(J.D.van der Waals,公元1837-1923年)介绍过这篇论文的重要意义。这篇论文最后于1892年由奥斯特瓦尔德译成德文,1899年由亨利.勒.夏特利埃(Henri Le Chatelier,公元1850-1936年)译成法文,这时方为科学界所熟知。荷兰化学家鲁兹布姆(H.W.B.Roozeboom,公元1854-1907年)听了冯.德.瓦尔斯的介绍,写下很多论文指出相律的重要性。二十世纪初叶以后,人们对吉布斯学说的价值有了定评,才接过他的工作,继续研究下去。 在这之前,范特·霍夫已经向化学家们指出过怎样把热力学运用于化学,尤其是怎样把热力学与亲和力观念联系起来。公元1884年,他在工作中第一个将化学动力学和化学热力学区别开来,并提出由等温的可逆化学反应获得的最大外功值可用作测定化学亲和力的尺度[22]。赫尔姆霍茨在更早的时候[23]就把这种最大功称为“自由能”。加利福尼亚大学的吉尔伯特·牛顿·刘易斯(Gilbert Newton Lewis,公元1875-1946年)建议使用该词应仅限于表示有用功。例如,在某一个系统自然转换为另一系统时得到的有用功的最大值就可以用该系统自由能的减少额来表示。刘易斯和莫尔·兰得尔(Merle Randall,公元1888-1950年)所写的教科书就是代表这种观点的权威性著作[24],它的问世使许多说英语的地区不再使用“亲和力”,都改用了“自由能”一词。在热力学文献中,“亲和力”这个旧词并没有被彻底更换,因为公元1922年之后以泰奥菲尔·戴·唐德尔(Theophlile De Donder,公元1872- )为首的比利时学派把亲和力概念的含义阐述得更加明确了。[25]

  这种热力学亲和力概念在十九世纪末取得支配地位,表明化学家的思想在这个问题上发生了变化。化学家考虑的已不是原子之间的,而是某些化学过程中的亲和力。它和整个热力学一样,已经是一个统计概念。由此可见,热力学家所说的亲和力同有机化学家所说的亲和力并没有多大关系。只是到了二十世纪,原子结构的研究工作再次引起人们对原子本身的注意,如何解释原子间亲和力性质的问题才重新受到重视。值得一提的是,象奥斯特瓦尔德这样一些热力学权威并不承认原子的存在。 范特·霍夫发现的热力学定律主要是根据理想气体的性能推导出来的,具体应用于不同的气体时需要作各种修正。范特·霍夫还发现这几条气体定律对于在极其稀薄的溶液中的物质也同样适用,这是他的又一重大贡献。极其稀薄的溶液和理想气体具有相近的性质;浓度较高的溶液则类似各种具体气体,运用气体定律时需要进行修正。渗透压的研究是进行这项工作的依据。

  公元1748年,阿贝.诺列特(Abbe Nollet,公元1700-1770年)发现水能通过动物膜扩散到糖溶液中。公元1826年,杜特罗舍(R.J.H.Dutrochet,公元1776-1847年)在测定扩散压方面作了一番努力。他得出的结论是:扩散压的大小与溶液浓度成正比。托马期·格雷厄姆注意到有些物质不能通过动物膜,于是根据物质的扩散能力将它们区分为胶体和凝晶体,从而为胶体化学奠定了基础。[26]

  这种研究使用的动物膜的孔隙大小不一。公元1867年莫里茨·特洛布(Moritz Traube,公元1826-1894年)谈到使胶体附着于质地疏松的槽壁上可制取人造膜,这样就可以对渗透作用进行更为精密的研究。植物学家威廉·佩弗(William Pfeffer,公元1845-1920年)用这种人造膜证明渗透压取决于浓度,并且随温度的提高而增大。 佩弗的研究引起范特·霍夫的注意。公元1885年,范特·霍夫指出,渗透压定律和适用于稀薄溶液的气体定律是一回事。他论述这个问题的文章最初是在不太出名的刊物上发表的,公元1887年译成德文出版后才为举世所周知[27]。

  公元1788年,查理·布莱格登(Charles B1agden,公元1748-1820年)观测到含有溶质的液体的凝固点有所降低。公元1882年,弗朗西斯·马利·拉奥尔特(Francois Marie Raoult,公元1830一1901年)重新研究了这个问题。他指出凝固点的降低与溶质的分子浓度成正比。公元1887年,他发现溶液的蒸汽压也有类似的效应[28]。这些观测结果不仅提供出一种测定分子量的重要新方法,而且也说明这些现象取决于溶液的渗透性,因此完全符合范特·霍夫的理论。

  人们发现,范特·霍夫的渗透压定律也适用于溶质为有机物(例如蔗糖)的溶液,但不适用于酸、碱或盐的水溶液。后面这些水溶液的浓度往往显得比实际浓度要大一些。拉奥尔特在工作中果然注意到了这种情况。后来才知道,渗透效应依赖于溶液中的微粒数,正如气体压力取决于一定体积中的气体分子数。自从德维耶于公元1857年开始研究物质的热离解以后[29],人们就已了解化合物在适当条件下既能离解,又能重新化合。由此可见,在这类反常溶液中很可能发生着某种离解作用。这全是一些可以导电的溶液,可见上述情况很可能是由电解质的某些特性引起的。即使是天才的范特·霍夫也没有解释清楚这个现象。人们在研究了溶液中电解质的电学性质后,才得出这个问题的答案。

  公元1805年,西奥多·冯·格劳图斯(Theodor Von Grotthuss,公元1785-1822年)指出,溶液通电时分子即呈链状排布,带有相反电荷的粒子分别趋向两个电极。法拉第基本上同意这种理论,正式确定了“电解质”、“离子”等术语,并据以提出下列说法:电流的作用可使电解质分解为离子。由于当时大多数化学家正忙于研究非电解质,亦即各种有机物,此事遂被搁置下来。 这一期间,电源有了某些改进。约翰·弗里德里克·丹尼尔制成了丹尼尔电池,办法是用多细孔的陶罐把浸入硫酸铜溶液中的电极铜棒和锌棒隔开。它能提供比过去制造的电池更长时间的稳定电流。’公元1859年,伽斯顿·普兰特(R.Gaston S.P1ante,公元1834-1889年)发明了蓄电池。

  公元1839年,丹尼尔指出,盐类并不象柏齐力阿斯所说是由金属氧化物和酸酐构成的,而是由金属离子和酸离子构成的。这种看法甚至逐渐渗进结构有机化学。丹尼尔的上述解释正是具体运用离子概念的结果。约翰·威尔赫姆·希托夫(Johann Wilhelm Hittorf,公元1824-1914年)研究了溶液中的离子迁移情况,大大推进了这一概念。他提出了迁移数的概念,指出每种离子在电解过程中都各有一定的迁移速率[30]。他的下列说法已和电离学说十分接近:“一种电解质的离子不能结合成稳定的整个分子,也没有固定的、有规律的排列形式。[31]”他正确地解释了络盐的离子性质。遗憾的是,他的见解与当时大多数化学家的主张格格不入。他被迫和别人争论不休,以至功亏一贯。电离学说最后是由阿累利乌斯提出的。

  威廉森在1851年[32]、克劳胥斯在1857年[33]先后发现,溶液中的电离质分子会不断离解和重新化合,但是他们关于带有相反电荷的粒子在同一溶液中始终处于分离状态的说法,却是当时的化学家和物理学家所无法理解的。

  公元1876年,弗里德里希·科尔劳施(Friedrich Kohlrausch,公元1840-1910年)朝着理解这种现象的方向前进了一步;他指出溶液中的离子速度不受附近带有相反电荷的离子的影响。他发明了一种用交流电测定溶液导电率的方法[34]。后来的事实证明,这种方法在阿累利乌斯的研究工作中非常有用。

  这时,化学家已经掌握为进行最后综合所必需的全部材料。公元1883年,斯凡特·阿累利乌斯向瑞典科学院提出电离学说,1887年将论述这一学说的最后定稿公之于世[35]。电离学说的主要论点是:电解质溶解后立即离解。不管是否有电流通过,溶液中永远有离子存在。这不仅马上说明了希托夫和科尔劳施等人发现的电解导电现象,而且也使拉奥尔特和范特·霍夫观测到的渗透异常现象得到了解释。阿累利乌斯认为,弱电解质只有一部分发生离解,因而质量作用定律可适用于它们的溶液。其它一些观测结果,例如奥斯特瓦尔德对酸和碱的强度所做的观测,以及对酸碱中和(其中最主要的反应就是生成水)时释放热量的研究,也都一一有了答案。奈恩斯特利用电离学说,创立了溶解压和电动势理论[36],并且提出了共同离子效应的主张。[37]

  人们最初迟迟不肯接受阿累利乌斯的电离学说,因为那种认为带有相反电荷的离子不可能分别存征于溶液中的先入为主的偏见尚有待克服。但是,奥斯特瓦尔德和范特·霍夫的热情支持和崇高威望终于使电离学说退迩闻名。由于它本身的价值,人们几乎全部接受了这一理论。事实证明,象电离学说这样一种卓有成效的概括性理论,在化学中是罕见的。

  十九世纪蓬勃发展的物理化学的三大分支,当初无一不是在研究理想条件下的理想物质的过程中形成的。为了使这三大分支中的一些定律能适用于各种具体的化学物质,还有待于继续努力。物理化学每一分支日后进行的大量研究活动,都是出于这一目的。在动力学方面,范·德·瓦尔斯提出了用压力和体积的关系表示气体分子的吸附作用和容积的方程。热力学中引进了有效压力(fugacity)概念。彼得·德拜(Peter Debye,公元1884-? )和埃里希·尤格尔(Erich Huckel,公元1896-?) 研究了强电解质的溶液性质问题。这种事例不胜枚举。但是,不管这些改进有多么重要,它们都没有改变各个分支中的基本原理。

  特别是在二十世纪,出现了三大分支趋于统一的倾向,这一点比三大分支的上述各种改进更为重要。各个分支的观点方法相得益彰,互相促进,直到彼此间的分野不复存在,全都成为现代物理化学的公认有用的组成部分,物理化学遇到的各种问题都是运用这些观点方法加以解决的。

  除十九世纪末叶创立的这些部分外,物理化学的其它很多领域这时也已开始形成,但这些领域直到二十世纪才得到比较充分的发展。如上所述,格雷厄姆首创的胶体化学就是这些领域中的一个例子。

  光化学是另一个实例。对于光化学的创立,罗伯特·本生和他的英国同事亨利·英弗尔德·罗斯科(Henry Enfield Roscoe,公元1833-1915年)的定量研究工作起了巨大的推动作用。他们研究了光对氢和氯发生的化学反应有什么影响的问题,在公元1855年至1859年间终于发现,化学变化的大小和吸收辐射强度与其作用时间的乘积成正比[38]。

  赫尔曼·柯普(Hermann Kopp,公元1817-1892年)不仅是一位杰出的化学史专家,而且还对物质的化学结构和物理性质(例如沸点或比容)的关系进行过十分重要的研究[39]。柯普的研究工作也是促使物理化学和有机化学结合起来的最早的尝试之一。

  十九世纪末期,无机化学、有机化学和物理化学等化学的古典学科已有很大发展,但多少还是互不相谋的。热衷于这些学科的家对本行专业大都有一种掬诚皈依、不及其余的倾向。凯库勒虽说和克劳胥斯在波恩有过一段友好的合作关系,可是,不论在工作中,还是在思想方面并没有受到对方的影响[40],就是一个耐人寻味的事例。如上所述,这些分支学科终于连成一体,每一分支向这个整体提供出各具特色的经验材料和研究方法,看来二十世纪取得的最伟大的全面进步就在于此。

 

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[16] R. Clausius, Ibid., 125, 400 (1865).

[17) O. H. Hess, Ibid., 50, 385-404 (1840).

[18] M. Berthelot, Ann. chim. phys., [5] 4, 6 (1875).

[19] W. Nernst, Gottinger Nachrichten, 1906, l-39.

[20] A. F. Horstmann, Ber., 2, 137-140 (1869).

[21] J. W. Gibbs, Trans. Conn. Acad. Sci., 3, 108-248, 353-524(l875-1878).

[22] J. H. van't Hoff, Etudes du dynamique chimique, F. Muller & Co.,Amsterdam. 1884.

[23] H. Helmholtz, Sitzber. kgl. preuss. Akad. Wiss., Berlin, 1882, 22-39.

[24] G. N. Lewis and M. Randall, Thermodynamics and the Free Energy of Chemical Substances, McGraw-Hill Book Co., New York, 1923.

[25] P. Van Rysselbergh, Acad. roy. Belg., Bull. classe sci., [5] 35,. 209-216 (1949).

[26] T. Graham, Phil. Trans., 151, 183-224 (1861).

[27] J. H. van't Hoff, Z. physik. Chem., 1. 481-508 (1887).

[28] F. M. Raoult, Compt. rend., 95, 1030-1033 (1882); 104, 1430- 1433 (1887).

[29] H. Ste.-Claire Deville, ibid., 45, 857-861 (1857).

[30] J. W. Hittorf, Poggendorfs Ann. Physik, 89, 177-211. (1853); 98,1-33 (1856); 103, l-56 (1858); 106, 337-411, 515-586 (1859).

[31] J. W. Hittorf, ibid., 103, 53 (1858).

[32] A. W. Williamson, Ann., 77, 45-47 (1851).

[33] R. Clausius, Poggendorfs Ann. Physik, 101 , 338-360 (1857).

[34] F. Kohlrausch, Gottinger Nachrichten, 1876, 213-224; Poggendorfs Ann. Physik, [n.f.] 6, l.-51, 145-210 (1879).

[35] S. Arrhenius. Z. physik. Chem., 1, 631-648 (1887).

[36] W. Nernst,ibid., 4, 129-181 (1889).

[37]Ibid., 4. 372-383 (1889).

[38] R. Bunsen and H. E. Roscoe, Poggendorfs Ann. Physik, 96, 373- 394 (1855); 100, 43-88, 481-516 (1857); 101, 235-263 (1857); 108, 193-273 (1859).

[39] H. Kopp, Compt. rend., 41, 186-190 (1855).

[40] R. Anschutz,August Kekule, Vol. I, p.379, Verlag Chemie, Berlin, 1929.

jhw0555 发表于 2006-1-5 11:44

[color=red][size=5] 全是兄弟的帖子就一起评分了[/size][/color]

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