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第1章 1901年度 雅可比·亨利克·範特霍夫

  因發現溶液中的化學動力學法則和滲透壓規律而榮獲1901年諾貝爾化學獎

  雅可比·亨利克·範特霍夫(荷蘭,1852~1911年),1852年8月30日生於荷蘭鹿特丹。由於當時人們普遍輕視化學,1869年,範特霍夫聽從父命到德爾夫特工藝校學習工業技術。他成績優異,博得化學家A。C。奧德曼斯和物理學家範德·桑德·巴克胡依仁的器重,兩年就學完三年的規定內容。範特霍夫在學業上的成功激發了他學習化學的熱情,決定以畢生的精力來發展化學事業。

  為了在學業上得以深造,1872年,他先到柏林波恩大學拜凱庫勒為師。次年,凱庫勒又推薦他到巴黎醫學院隨武茲學習。凱庫勒和武茲都是當時極具影響力的化學家。在巴黎學習期間,他結識了法國的同窗好友勒·貝爾(他們後來共同創立了立體化學)。1874年,範特霍夫獲烏德勒支獸醫學院化學博士學位後留校任職。1878年至1896年,範特霍夫任職於阿姆斯特丹大學,先後擔任化學、礦物學、地質學教授。1885年後,範特霍夫被選為荷蘭皇家科學院終身成員。此外,他還任倫敦化學學會、美國化學學會以及德國研究院外籍成員。範特霍夫因發現化學動力學法則和滲透壓規律,於1901年成為首位獲得諾貝爾化學獎的科學家。1911年3月1日,範特霍夫因患肺結核不幸逝世,享年59歲。

  19世紀中葉,有機化合物的經典結構理論已由凱庫勒和俄國化學家布特列洛夫等基本建立起來。與此同時,人們也發現某些有機化合物具有旋光現象,這用當時的經典理論難以解釋。在武茲的指導下,範特霍夫與勒·貝爾分別對有機化合物旋光現象進行了廣泛的實驗和探索。1874年,範特霍夫和勒·貝爾在《立體化學》上提出甲烷的空間正四麵體構型學說。

  然而在當時,科學界並不了解空間正四麵體構型學說的真正含義,其中不乏反對之聲,德國萊比錫大學教授柯爾貝對範特霍夫的諷刺尤為尖銳。但是,這些反對意見不僅未能摧損新理論,反而為其推廣和傳播起了宣傳作用,因為凡是讀過柯爾貝評論文章的人,都會對範特霍夫的理論產生興趣。這反倒使新理論在科學界得以迅速傳播,範特霍夫也因此聲名遠播。不久,範特霍夫被阿姆斯特丹大學聘為講師,1878年晉升為教授。

  物質具有的理化特性可通過分析該物質的分子結構和運動來加以解釋。在範特霍夫研究之前,人們普遍認為分子是靜態的二維物體。範特霍夫研究分子內原子在不同空間的化學分布並解釋具有同一化學式的分子所具有的不同特性,即具有相同化學式的分子顯示對偏振光的不同反應,於1874年首次提出分子空間立體結構構想和“不對稱碳原子”概念,並解釋有機物旋光異構的原因,開創了立體化學的新領域。

  當生物體內的液體對一特定細胞為低滲性時,水分子就會進入細胞內,直到細胞內外的液體濃度均衡為止。當液體的滲透壓等於細胞的滲透壓時,液體對細胞即呈等滲性。

  在物理化學方麵,他揭示了平衡點移動和化學能的關係,他將植物生理學滲透概念和物質在溶液中的狀態聯係起來,提出溶液滲透壓動力學定律,從而發展和完善了近代溶液理論。他在《化學動力學研究》不僅闡明了反應速度等化學動力學問題,而且還專門論述了化學平衡理論和以自由能為基礎的親合力理論。範特霍夫對可逆反應以化學平衡的觀點來研究,並首倡以雙箭號表示化學平衡的動態特性,提出普遍適用的滲透壓公式:PV=nRT(n>1),此方程亦適用於理想氣體,式中n表物質的量,P表溶液滲透壓,V表體積,R表理想氣體常數,T表溶液的絕對溫度。還著有《數量、質量和時間方麵的化學原理》、《化學動力學研究》等科研著作。範特霍夫與阿累尼烏斯(1903年諾貝爾化學獎獲得者)、奧斯特瓦爾德(1909年諾貝爾化學獎獲得者)共同創立了物理化學,被譽為“物理化學三劍客”。

  範特霍夫在化學上的開創性貢獻,表明他的成就高於前人和同時代人,這與他自幼熱愛化學和在數學、物理學等方麵的廣博知識密不可分。他善於巧妙地運用數學方法和類比等邏輯推理去整理實驗結果。他重視實驗,但又不局限於狹隘的經驗。他從數學方程式入手,得出推論的方法,是創立物理化學的重要手段,他為立體化學和化學動力學奠定了堅實的基礎。他還注重提升哲學素養並不斷探求科學的方法,總是站在哲學的高度去把握問題的精髓,這使他具有非凡的創造力。

  範特霍夫從小就對醫學和化學實驗很感興趣,常在放學後溜進學校實驗室,並且樂於選用那些易燃、易爆、劇毒的危險藥品做實驗。霍克維爾夫老師偶然發現了他的秘密並把他交給他父親。父親對兒子的舉動深為尷尬和憤慨,但還是支持兒子的好學行為,為他配備了一間簡陋的實驗室,範特霍夫開始了他的實驗化學生涯。範特霍夫還喜歡拜倫的詩和孔德的實證哲學。他在化學研究方麵,也經常站到哲學高度去探索大自然的奧秘。

  1901年後,由於範特霍夫在化學方麵的出色成就和影響力,國外很多機構開出高薪聘請他,這位荷蘭人都婉言謝絕,因為他始終不忘報效祖國。回國後,他以罕見的熱情投入工作,為立體化學培養接班人。範特霍夫晚年被嚴重的肺結核病困擾,這在當時是“不治之症”,即便手術後也無法恢複昔日的工作能力。他每天躺在病床上看書、整理資料、寫日記。精神稍好,他又沉浸在研究工作中。1911年3月1日,這顆科學巨星憾然隕落,人們將他的骨灰安放在柏林達萊姆公墓,供後人瞻仰。

  
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