电离学说的创立者阿累尼乌斯

Svante Augu st Arrhenins 1859一1927


   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。