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文檔簡介
第一個榮獲諾貝爾化學獎的范霍夫在荷蘭,當時人們普遺存在著輕視化學的偏見。父親反對兒子當化學家,17歲那年,范霍夫中學畢業(yè),還是聽從了父親的意見。在上大學前,
1869年他先到德爾夫特高等工藝學校學習工業(yè)技術(shù)。在那里,他以優(yōu)異的成績博得了在該校任教的化學家A.C.奧德曼斯和物理學家范德·桑德·巴克胡依仁的器重,兩年就學完了規(guī)定三年學習的內(nèi)容。這段學習,更增加了范霍夫畢生從事化學的信念和決心。
在家里時,父親對拜倫詩篇的熱愛曾感染了他們?nèi)摇M?,孔德的實證哲學思想又使范霍夫俯首傾倒。這些都使他學會了從哲學的角度來對待生活中的一切。也使他一生在化學討論方面,常常站到哲學高度來窺視大自然的神秘。
1872年,范霍夫在萊頓大學畢業(yè)后,為了在化學上得到深造,他先后到柏林拜德國有機化學家凱庫勒為師。次年凱庫勒又推舉他去巴黎醫(yī)學院的武茲試驗室。在化學家武茲的指導下,范霍夫與他法國的同窗好友勒·貝爾得到了深造。此后他們雙雙成為新的立體化學學科的創(chuàng)立者。
19世紀中葉,關(guān)于有機化合物的經(jīng)典構(gòu)造理論,已經(jīng)由凱庫勒和俄國化學家布特列洛夫等人根本上建立起來了。但同時,人們越來越多地發(fā)覺了某些有機化合物具有旋光現(xiàn)象。法國人巴斯德首先發(fā)覺酒石酸、葡萄酸部具有左旋和右旋兩種不同構(gòu)造。后來,德國化學家威利森努斯也發(fā)覺了乳酸的旋光異構(gòu)現(xiàn)象。范霍夫在巴黎由武茲指導,同勒·貝爾分別對某些有機化合物為什么會有旋光異構(gòu)現(xiàn)象的問題,進展了廣泛的試驗和探究。1874年,范霍夫和勒·貝爾分別提出了關(guān)于碳的正四周體構(gòu)型學說。
一天,范霍夫坐在烏德勒支大學的圖書館里,仔細地閱讀著威利森努斯討論乳酸的一篇論文,他順手在紙上畫出了乳酸的化學式,當他把視線集中到分子中心的一個碳原子上時,他馬上聯(lián)想到,假如將這個碳原子上的不同取代基都換成氫原子的話,那么這個乳酸分子就變成了一個甲烷分子。由此他想像,甲烷分子中的氫原子和碳原子若排列在同一個平面上,狀況會怎樣呢?這個偶然產(chǎn)生的想法,使范霍夫感動地奔出了圖書館。他在大街上邊走邊想,讓甲烷分子中的4個氫原子部與碳原子排列在一個平面上是否可能呢?這時,具有廣博的數(shù)學、物理學等學問的范霍夫突然想起,在自然界中一切都趨向于最小能量的狀態(tài)。這種狀況,只有當氫原子勻稱地分布在一個碳原子四周的空間時才能到達。那么在空間里甲烷分子是個什么樣子呢?范霍夫猛然領(lǐng)悟,正四周體!固然應當是正四周體!這才是甲烷分子最恰當?shù)目臻g排列方式,他由此進一步想象出,假設(shè)用4個不同的取代基換去碳原子四周的氫原子,明顯,它們可能在空間有兩種不同的排列方式。想到這里、范霍夫重新跑回圖書館坐下來,在乳酸的化學式旁畫出了兩個正四周體,并且一個是另一個的鏡像。他把自己的想法歸納了一下,驚異地發(fā)覺,物質(zhì)的旋光特性的差異,是和它們的分子空間構(gòu)造親密相關(guān)的。這就是物質(zhì)產(chǎn)生旋光異構(gòu)的隱秘所在。
范霍夫認為,在已經(jīng)建立起來的經(jīng)典有機構(gòu)造理論中,由于人們還不了解原子所處的實際位置,所以原有的化學構(gòu)造式不能反映出某些有機化合物的異構(gòu)現(xiàn)象。他依據(jù)自己的討論,于1875年發(fā)表了《空間化學》一文。首次提出了一個“不對稱碳原子”的新概念。不對稱碳原子的存在,使酒石酸分子產(chǎn)生兩個變體——右旋酒石酸和左旋酒石酸;二者混合后,可得到光學上不活潑的外消旋酒石酸。范霍夫用他所提出的“正四而體模型”解釋了這些旋光現(xiàn)象。
范霍夫關(guān)于分子的空間立體構(gòu)造的假說,不僅能夠解釋旋光異溝現(xiàn)象,而且還能解釋諸如順丁烯二酸和反丁烯二酸、順甲基丁烯二酸和反甲基丁烯二酸等另一類非旋光異構(gòu)現(xiàn)象。分子的空間構(gòu)造假說的誕生,立即在整個化學界引起了巨大的反響,一些有識之上看到了新假說的深刻含義,紛紛贊揚范霍夫這一創(chuàng)舉。例如,荷蘭烏德勒支大學的物理學教授畢易·巴洛稱“這是一個精彩的假說!我認為,它將在有機化學方面引起變革?!庇袡C化學家咸利森努斯教授寫信給范霍夫說:“您在理論方面的討論成果使我感到特別快樂。我在您的文章中,不僅看到了說明迄今未弄清晰的事實的極其機靈的嘗試,而且我也信任,這種嘗試在我們這門科學中……將具有劃時代的意義?!彼麄兌紭酚^支持和鼓舞范霍夫把自己的論文譯成法文、德文等多種文字予以廣泛傳播。
然而在當時,很多人還不了解新學說的真正含義,他們甚至劇烈反對范霍夫的觀點。德國萊比錫的赫爾曼·柯爾貝教授寫文章鋒利地挖苦說:“有一位烏德勒支獸醫(yī)學院的范霍夫博士,對準確的化學討論不感興趣。在他的《立體化學》中宣告說,他認為最便利的是乘上他從獸醫(yī)學院租來的飛馬,當他英勇地飛向化學的帕納薩斯山的頂峰時,他發(fā)覺,原子是如何自行地在宇宙空間中組合起來的?!倍浦B格等人卻斷言范霍夫的假說與物理定律不相容。但是,這些反對意見不僅沒有損害范霍夫的新理論,反而為這一理論的推廣和傳播起了宣傳作用、由于那些但凡讀過柯爾貝等人的鋒利評論文章的人,都會對·范霍夫的理論發(fā)生興趣,都要去了解一下他論文的內(nèi)容。于是,反倒使新理論在科學界快速傳播開來。正如拜倫說過的話一樣“一朝醒來,名聲大噪?!笨聽栘惖热说呐芯故狗痘舴虺闪孙@赫一時的人物。不久,范霍夫就被阿姆斯特丹大學聘為講師,1878年又成為化學教授。
因此,范霍夫首創(chuàng)的“不對稱碳原子”概念,以及碳的正四周體構(gòu)型假說(有時叉稱為范霍夫一勒·貝爾模型)的建立,盡管學術(shù)界對其褒貶不一,但往后的實踐卻證明,這個假說成了立體化學誕生的標志。
1878到1896年間,范霍夫在阿姆斯特丹大學先后擔當過化學教授,礦物學、地質(zhì)學教授,并曾任化學系主任。這期間,他又集中精力討論了物理化學問題。他對化學熱力學與化學親合力、化學動力學和稀溶液的滲透壓及有關(guān)規(guī)律等問題進展了探究。
物質(zhì)能否發(fā)生化學反響以及它們反響力量的大小,這是一個古老的化學理論課題。早期的化學家們始終以模糊不清的“化學親合力”“化學力”、“作用力”等概念來表述和解釋這些問題。因此,在早期的化學文獻中,關(guān)于化學反響時間或反響速度的概念總是同“親合力”“化學力”一類的概念分不開的。直到19世紀初,人們?nèi)圆荒苷_區(qū)分物質(zhì)發(fā)生化學反響的可能性和實際發(fā)生時的化學反響速度。
因此,從1877年之后,范霍夫開頭留意討論化學動力學和化學親合力問題。1884年,他出版了《化學動力學討論》一書。書中他不僅說明了反響速度等化學動力學問題,而且還特地論述了化學平衡理論和以自由能為根底的親合力理論。
這本書首先著重爭論了化學反響速度及其變化規(guī)律。他制造性地把反響速度分為單分子、雙分子和多分子反響三種不同類型來討論。其次,范霍夫?qū)τ趦蓚€方向相反的反響(即可逆反響)采納了化學平衡的觀點來討論。他首倡以雙箭頭符號來說明化學平衡的動態(tài)特性。最終,他還給化學親合力下了明確的定義,并對它進展了討論。在物理化學領(lǐng)域中,范霍夫重點討論的另一個課題是稀溶液的滲透壓及有關(guān)規(guī)律。他做了很多關(guān)于溶液滲透壓的試驗,提出了一個能普遍適用的滲透壓公式。
PV=iRTi>1
式中P是溶液的滲透壓,V是其體積;R是抱負氣體常數(shù),T是溶液的肯定溫度。
范霍夫還證明,對很多物質(zhì)來說:值均為1,即滲透壓關(guān)系式為PV=RT。同時,他還對此式的應用以及i不等于的體系(電解質(zhì)溶液)進展了大量討論。
范霍夫從化學動力學開頭,進而廣泛地討論了熱力學,特殊是有關(guān)稀溶液的滲透壓問題。他把化學動力學、熱力學和物理測定統(tǒng)一起來,、建立了物理化學的根底。正如范霍夫在創(chuàng)立立體化學時的遭受一樣,物理化學的誕生也遇到了不少挫折。瑞典有一位大學畢業(yè)不久的年輕人,名叫斯特萬·阿累尼烏斯。他依據(jù)自己對溶液導電性的討論,提出了關(guān)于溶液的電離假說。但這一新理論的消失馬上遭到國內(nèi)不少學者的劇烈反對。為了尋求理解與支持,阿累尼烏斯把自己的論文寄給范霍夫懇求詣?wù)?。想不到身處異國的范霍夫一口氣讀完了論文后,不僅立刻領(lǐng)悟了阿累尼烏斯的根本觀點,并且由此受到了極大啟迪。他的腦子豁然開朗:電離作用!對,電離作用!這正是電解質(zhì)溶液i>=1的緣由。范霍夫認為,假如溶液中的電解質(zhì)的確分解為離子,那么溶液中的粒子數(shù)就會增多。同樣地,假如是由于粒子撞擊半透膜隔層而引起的滲透壓力,則很簡單理解測量壓力為什么會高于計算壓力值。他把自己的想法寫成論文并寫信告知了阿累尼烏斯,表示完全贊同電離學說。
范霍夫關(guān)于電解質(zhì)溶液的滲透壓的文章在斯德哥爾摩發(fā)表后,引起了德國科學家威廉·奧斯特瓦爾德的極大興趣。幾個月后,他專程來到阿姆斯特丹,同范霍夫進展了長時間的交談。他倆全都認為阿累尼烏斯的電離學說是一種了不起的制造。奧斯特瓦爾德對范霍夫說:“我認為,這是一個新理論的開端,它將會成為討論溶液特性的根底。而您本人的討論,將會證明和進展這個理論?!彼€建議道:“事業(yè)需要大家更嚴密地進展合作,把一切力氣都聯(lián)合起來。”當他得知阿累尼烏斯已打算要來阿姆斯特丹同范霍夫一起進展試驗,隨后還要去里加訪問他時,特別快樂。1887年8月初,他們共同創(chuàng)辦的《物理化學雜志》第一期在萊比錫問世。這標志著一門新興的邊緣學科一物理化學的誕生。范霍夫同阿累尼烏斯、奧斯特瓦爾德的友情與協(xié)作,使他們突破了國界和學科的局限,共同為新學科的創(chuàng)立奠基、為新興的根本理論確實立進展了堅韌的戰(zhàn)斗。固此,他們被譽為“物理化學的三劍客”。范霍夫畢生從事有機立體化學與物理化學的廣泛討論,取得了累累碩果,使他成為世界上第一個諾貝爾化學獎的獲得者。1901年12月10日,他來到斯德哥爾摩,“在瑞典科學院進行的盛大的授獎儀式上,發(fā)表了演講,他著重講到了關(guān)于溶液的理論方面的科學成就。
范霍夫在化學上的這些開創(chuàng)性奉獻,說明他高于前人和他的同代人,從而得到了崇高的榮譽。這固然與他自幼喜愛化學和在數(shù)學、物理學等方面的廣博而深逢的學問素養(yǎng)分不開。然而,留意哲學修養(yǎng)、不斷探求科學方法更使他具有非凡的制造想像力量,小時候?qū)瘜W試驗的深厚興趣,后來變成了他取得各項成果的根底。他重視試驗,但又不像當時絕大多數(shù)科學家那樣局限于狹隘的閱歷。他擅長奇妙地運用數(shù)學方法去整理試驗結(jié)果,并留意用類比等規(guī)律推理從數(shù)學方程式里面推導出一些理論上的新緒論,這是他創(chuàng)立物理化學新學科的重要方法。而在立體化學創(chuàng)立過程中,則主要表達了他列模型方法以及科學假說方法的深刻理解和敏捷應用、他總是站在哲學的高度去把握問題的精華,勝人一籌。
自1885年以后,范霍夫始終被選為荷蘭皇家科學院成員。還先后中選為哥根廷皇家科學院、倫敦化學會、美國化學會以及德國討論院的外籍成員,獲得了很多榮譽獎?wù)隆?901年他在承受了諾貝爾化學獎以后,應邀訪問了美國、德國等一些經(jīng)濟、文化先進國家,屢次得到榮譽博士學位。但他始終念念不忘報效自己的祖國。當科研工作遇到困難時,他也曾屢次出國從事討論。然而,外國的高薪聘請、優(yōu)越舒適的生活條件都役能挽留住這位荷蘭人。一旦國內(nèi)有了適當?shù)脑O(shè)備條件,他就毅然返口祖國。他以罕見的熱忱與干勁勤奮終生,他經(jīng)常廢寢忘食,計以繼夜地每天工作10多個小時。年近花甲時,范霍夫終固長期積勞成疾,彼越來越重的肺結(jié)核病困擾著。在當時,這是種使人類束手無策的“不治之癥”,使他日趨虛弱,身體消瘦,呼吸不暢。在朋友們的勸助下,他在柏林做了手術(shù)治療,卻仍不能恢復從前的工作力量。堅韌的范霍夫每天躺在病床上仍離不了看書、整理資料和寫日記。精神稍好一點,他就躺不住了,要求醫(yī)生允許他去工作。一離開病床,他仿佛忘了病痛,又沉醉
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