化学元素符号的首倡者贝采里乌斯


Jons Jakob Berzelius 1779一1848

    琼斯·雅可比·贝采里乌斯1779年8月20日出生在瑞典南部的一个名为威菲松达的小乡村里。他在发展化学中作出了重要贡献,他接受并发展了道尔顿原子论,他以氧作标准测定了40多种元素的原子量,他第一次采用现代元素符号并公布了当时已知元素的原子量表,他发现和首次制取了硅、铣、硒等好儿种元素,他首先使用“有机化学”概念;他是“电化二元论”的提出者。他发现了“同分异构”现象并首先提出了“催化”概念。他的卓著成果,使他成为19世纪的一位赫赫有名的化学权威。

    贝采里乌斯出身贫寒,自幼在逆境中生活与成长。其父是一位小学校长,在他出世不久,父亲就故去了。孤儿寡母生活艰难,母亲带着他改嫁了。后来,母亲与继父又生了一个小弟弟,取名斯文,时隔不久,一生坎坷的母亲又与世长辞。母亲死后,继父对这两个年幼的儿子毫不关心。因此,这一对异父同母的小兄弟实际上成了流浪儿。俗话说:寒门生贵子。贝采里乌斯从小就聪明过人,他没有上学的优越条件,却能坚持刻苦自学。成年以后,他和弟弟一起来到了乌普萨拉,他们一边干活谋生,一一边坚持自学。他曾到医院里去给医生当助手,还给人补过课。节衣缩食、勤俭生活使他积蓄下了点钱。利用这点钱他进入乌普萨拉大学读书。在大学里他学的是医学专业,但在学习中对化学产生了特别的兴趣。他有意地结识了该大学的著名化学家约翰·阿夫采利乌斯教授。贝采里乌斯强烈的求知欲和刻苦奋进的精神,深深地感动了这位名教授。他破例允许这名寒门弟子在实验室里自由地做各种化学实验。贝采里乌斯充分地利用老师提供的这一优越条件,不仅做了电流对动物的作用的奇妙实验,还重点地分析了矿泉水。他的工作受到教授的细心指导和热情帮助。在此几年前,他在医院里担任医生助手时,曾对矿泉水做过一些研究。如今,在教授的指点下,贝采里乌斯首先想把过去的那些分析结果重新通过实验检验一次,并尽量地加以完善。再从理论上加以概括,提出自己的见解,写成论文,用以攻取博士学位于1302年,他如愿以偿,以他对矿泉水的出色研究荣获了医学博士学位。时隔不久,他到首都斯德哥尔摩当了外科医学学校的一名普通助教,但这是一个没有工资报酬的职务。固为按照当时瑞典流行的制度,助教需要工作上几年以后,校方认为能够一心一意地工作时,方能得到一个有报酬的空缺职务。为了维持生活和继续从事科学研究,贝采里乌斯被介绍到一个大矿场主希津格尔家。他住在这里,同具有旺盛求知欲的希津格尔先生一起从事研究工作。他们对矿物进行化学分析,还研究一些感兴趣的化学理论问题。在希津格尔先生住宅的底层,设有专用的实验室,它的规模不大,但设备俱全,应有尽有。这期间,贝采里乌斯在研究中首次发现了金属铈。直到1806年5月,他被任命为化学讲师,生活费用才算有了保障,在27岁的时候给束了那段漂泊不定的生活。减轻了生活压力和精神 负担,贝采里乌斯精力更加充沛。每天除了在实验室紧张地工作外,他还抽空编写了《生理化学》教科书。

    为了研究和著书立说,贝采里乌斯查阅了大量的化学资料。在查看文献时,他阅读了英国化学家道尔顿的一些论文,其内容主要是关于原子论和为确定原子量而做的一些初步实验等。他拥护原子沦,认为道尔顿的思想有着巨大的发展前途。他成了道尔顿的忠实信徒,但又觉得包括道尔顿在内的许多人,在文章中所引用的材料是不充分的。他认为应该进行更深入的测定工作,以求得各种元素原子量的真实值。

    1807年,贝采里乌斯被任命为斯德哥尔摩大学教授。一年后又当选为瑞典科学院院士。1810年,他还担任了卡罗林外科医学院的化学与制药学教研室主任。从此,他连续进行了20年的原子量研究工作。在1810~1830年间,贝采里乌首先把许多科学家的研究成果做了比较,确认水分子是由两个氢原子和一个氧原子构成的,测得氧的原子量是16。随后他又以氧作标准来测定其它元素的原子量,从而使原子量的测定工作大大地简化了。他对当时已知40多种元素的2千多种单质或化合物进行了分析克服重重困难,终于取得了惊人的成果。1814年,他发表了第一个原子量表。1818年:贝采里乌斯所分析的数据更加丰富,更加精确, 第二个原子量表内已列入47种元素。只是由于计算原则未变,使 某些元素的原子量较实际值高了一倍到几倍。1826年,他发表的第三个原子量表、已全部完成了元素原子量的测定工作。除个别元素(如银、钾和钠)的原子量以外,几乎与现代值一样。到1830时,贝采里乌斯已重新列出一张原子量表,表上的原子量与现在所用的就完全相同了。

    贝采里乌斯在化学领域中影帧大的勋,是他首先倡导以元素符号来代表各种化学元素。他提出,用化学元素的拉丁文名表示元素。如果第一个字母相同,就用前两个字母加以区别。例如: Na与Ne、Ca与Cd、Au与A1……等。这就是一直沿用至今的化学元素符号系统。他的元素符号系统,公开发表在1813年由汤姆逊主编的《哲学年鉴》上。一年以后,在同一刊物上,他又撰文论述了化学式的书写规则。他把各种原子的数目以数字标在元素符号的右上角。例如CO2、 SO2、H20……等等。贝采里乌斯关于元素符号及化学式的表示方法,远比道尔顿等人以往用小圆圈表示的方法简便、明确,因此,很快地就被科学界接受了。

    关于化学亲合力的研究,使贝采里乌斯建立起电化二元论的学说,贝采里乌斯旱年对电解过程做过仔细考察,特别是电解槽两极的电荷相反,电荷之间的吸引和排斥给他留下了深刻印象,促使他决心应用电学的上述观点来分析化合物组戌和化学反应的机理。经过更多的实验考察后,他于1811年,从电学的角度出发,提出一个被认为更合理的化学亲合力理论,即他的电化二元论。他根据电学中的二元性和实验证明的盐能被电流分解为碱和酸的事实,把酸碱的概念与电的极性联系起来,认为碱是由金属的氧化物形成,它带阳电:非金属的氧化物带阴电,能形成酸,在这两种氧化物之间,也有引力在起作用,相互作用的结果形成盐。例如氧化钙带阳电,二氧化碳带阴电,二者相互作用时形成碳酸钙。然后他又将这种极性推广到元素上面,他设想,每个原子都带有正负两种电荷,氧是负电性最强的元素,钾是正电性最强的元素,其它元素按其负电性(或正电性)的强弱介于二者之间。元素间之所以能相互作用,是由于它们带相反电荷相互吸引。例如负电性最强的元素氧被其它元素所吸引,从而同它们化合。但是,这样形成的氧化物却不是中性的,它们也带电。因为不等量的电荷是无法完全中和的。因此,如前所述,金属的氧化物带阳电,非金属的氧化物带阴电。按照贝采里乌斯的假定,物质粒子总是带电荷的,即使化合以后仍带电荷,物质相互作用的亲合力就是电的吸引力。把电看作是物质粒子的本性,这种认识比戴维只停留在表象的认识深刻得多。贝采里乌斯把物质的化学性和电性都统一在同一的物质属性内,通过物质的电性变化来认识物质的化学变化,把这两种变化有机地联系起来,这是对化学物质、对化学过程的认识的一个重要的思想发展。

    电化二元论基本符合电解的实际过程,叉对使盐类结合、酸碱中和作用的亲合力概念作了较满意的解释。这个理论简单明了,能说明许多化学现象,化学家们极易理解它。所以这一理论很快成为赢得绝大多数化学家赞同的流行理论。后来,随着有机化学的发展,特别是在研究取代反应中,电化二元论才逐步地显露出它本身的缺陷,受到了人们的批评,代之出现了新的学说。

    贝采里乌斯是当时最著名的分析化学家之一。他在测定原子量时,把许多新的分析方法、新试剂和新仪器设备引进分析化学中来,使定量分析的精确度空前提高。他对各种分析操作进行过细致的研究与改进。例如他曾指出,漏斗的锥角60度时过滤速度最快,而且滤纸不能高出漏斗,否则溶剂在滤纸边缘会很快蒸发,使沉淀难以洗净。贝采里乌斯对矿物学做过长期系统的研究。他在对矿物进行定量的全分析时,发现其中大部分是“硅质”(硅石)。硅质与其他金属的氧化物绪合成化合物,就是矿物的主要成分。贝采里乌斯把含有这种化合物的矿物,取名为“硅酸盐”。并对各种硅酸按其组成做了分类,这种分类沿用至今。1814年他发表了关于矿物新的纯化学分类法的论文,引起学术界极大重视,立即被译为英文和德文。同时在矿物研究中,他还发现过一些新元素。例如1803年发现铈; 1817年发现了硒; 1828年发现钍。另外还发现了硅、钫、钽、锗等等。

    贝采里乌斯还是开创有机化学研究领域的杰出化学家。1814年贝采里乌斯通过精确的实验证实,有机物也遵守定组成定律。这就开始了对有机物的深入研究。他最早引用了“有机化学”概念。但由于当时科学条件限制,有机化学研究的对象只能是从天然动植物有机体中提取的有机物,即只能从有机物制造有机物。这给了人们一种错觉,似乎有机物均属“有生机之物”或“有生命之物”,并只有在一种非物质的“生命力”的作用下才能形成,而不能在实验室里用化学方法合成。显然,这种“生命力论”及贝采里乌斯的电化二元论,都束缚了有机化学的发展。但是,当1828年维勒人工合成尿素之后,贝采里乌斯受到极大启发,他想到自己也曾发现过雷酸银和氰酸银,这是两种组成相同而性质不同的物质,当时误认是由于实验误差造成的。在维勒之后,他发现酒石酸和葡萄酸也有类似情况,于是他认为必须提出一个新概念。他说:“我建议把相同组成而不同性质的物质称为‘同分异构’的物质”。同分异构现象的发现以及从理论上的阐明,是在物质组成和绪构理论发展中迈出的重要一步,它开始了分子结构问题的研究,促进了有机化学的发展。

    贝采里乌斯还是一位伟大的化学教育家。他十分重视化学人才的培养。他曾编著化学教科书共三卷,于1816年初版后不久,即被译成法文和德文。在贝采里乌斯生前,该书在瑞典曾印行过五版。它是一部最完整、最系统和最通俗的化学教科书。在长达30多年间,成千上万的青年化学家们都读过该书。贝采里乌斯以其广博的知识和正确评价实验数据的洞察力吸引着科学家们。他总是不断地改造旧方法,创造新方法,并且毫不隐瞒地把自己的所有成就都写迸教科书里,给青年学者们铺成了前进的坦途。维勒等一大批化学家都曾师承于贝采里乌斯,他是当时国际上公认的化学权威之一。

    贝采里乌斯毕生专心致力于科学事业,他56岁才初婚。他的妻子约翰娜当时年仅24岁,是瑞典国务大臣波皮乌斯的一位千金,婚前贝采里乌斯被授于男爵爵位,结婚时,他们举行了豪华的婚礼。政府官员、科学家、社会名流以及他的学生们都来向他们表示祝贺。婚后,贝采里乌斯继续埋头于科研工作。他一边在大学里讲课,一边呆在实验室工作,并抽空编写《年度述评》1836年,他还在《物理学与化学年鉴》杂志上发表了一篇论文,首次提出化学反应中使用的“催化”与“催化剂”概念;又是他,1841年第一个提出了“同素异形”的术语。由于长期紧张地工作和经常接触有毒化学药品,贝采里乌斯的健康遭受很大损伤,积劳成疾,于1848年8月7日,在斯德哥尔摩病逝,享年69岁。他的逝世,不仅是瑞典人民的巨大损失,也是国际化学界的一大不幸。瑞典科学院和瑞典政府为他举行了隆重的葬礼。

    贝采里乌斯的名字,永远留在世界化学史上,他的伟大的科学的一生,将是后辈化学工作者的楷模。