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第2章 1901年度 雅可比·亨利克·范特霍夫

因发现溶液中的化学动力学法则和渗透压规律而荣获1901年诺贝尔化学奖

雅可比·亨利克·范特霍夫(荷兰,1852~1911年),1852年8月30日生于荷兰鹿特丹。由于当时人们普遍轻视化学,1869年,范特霍夫听从父命到德尔夫特工艺校学习工业技术。他成绩优异,博得化学家A。C。奥德曼斯和物理学家范德·桑德·巴克胡依仁的器重,两年就学完三年的规定内容。范特霍夫在学业上的成功激发了他学习化学的热情,决定以毕生的精力来发展化学事业。

为了在学业上得以深造,1872年,他先到柏林波恩大学拜凯库勒为师。次年,凯库勒又推荐他到巴黎医学院随武兹学习。凯库勒和武兹都是当时极具影响力的化学家。在巴黎学习期间,他结识了法国的同窗好友勒·贝尔(他们后来共同创立了立体化学)。1874年,范特霍夫获乌德勒支兽医学院化学博士学位后留校任职。1878年至1896年,范特霍夫任职于阿姆斯特丹大学,先后担任化学、矿物学、地质学教授。1885年后,范特霍夫被选为荷兰皇家科学院终身成员。此外,他还任伦敦化学学会、美国化学学会以及德国研究院外籍成员。范特霍夫因发现化学动力学法则和渗透压规律,于1901年成为首位获得诺贝尔化学奖的科学家。1911年3月1日,范特霍夫因患肺结核不幸逝世,享年59岁。

19世纪中叶,有机化合物的经典结构理论已由凯库勒和俄国化学家布特列洛夫等基本建立起来。与此同时,人们也发现某些有机化合物具有旋光现象,这用当时的经典理论难以解释。在武兹的指导下,范特霍夫与勒·贝尔分别对有机化合物旋光现象进行了广泛的实验和探索。1874年,范特霍夫和勒·贝尔在《立体化学》上提出甲烷的空间正四面体构型学说。

然而在当时,科学界并不了解空间正四面体构型学说的真正含义,其中不乏反对之声,德国莱比锡大学教授柯尔贝对范特霍夫的讽刺尤为尖锐。但是,这些反对意见不仅未能摧损新理论,反而为其推广和传播起了宣传作用,因为凡是读过柯尔贝评论文章的人,都会对范特霍夫的理论产生兴趣。这反倒使新理论在科学界得以迅速传播,范特霍夫也因此声名远播。不久,范特霍夫被阿姆斯特丹大学聘为讲师,1878年晋升为教授。

物质具有的理化特性可通过分析该物质的分子结构和运动来加以解释。在范特霍夫研究之前,人们普遍认为分子是静态的二维物体。范特霍夫研究分子内原子在不同空间的化学分布并解释具有同一化学式的分子所具有的不同特性,即具有相同化学式的分子显示对偏振光的不同反应,于1874年首次提出分子空间立体结构构想和“不对称碳原子”概念,并解释有机物旋光异构的原因,开创了立体化学的新领域。

当生物体内的液体对一特定细胞为低渗性时,水分子就会进入细胞内,直到细胞内外的液体浓度均衡为止。当液体的渗透压等于细胞的渗透压时,液体对细胞即呈等渗性。

在物理化学方面,他揭示了平衡点移动和化学能的关系,他将植物生理学渗透概念和物质在溶液中的状态联系起来,提出溶液渗透压动力学定律,从而发展和完善了近代溶液理论。他在《化学动力学研究》不仅阐明了反应速度等化学动力学问题,而且还专门论述了化学平衡理论和以自由能为基础的亲合力理论。范特霍夫对可逆反应以化学平衡的观点来研究,并首倡以双箭号表示化学平衡的动态特性,提出普遍适用的渗透压公式:PV=nRT(n>1),此方程亦适用于理想气体,式中n表物质的量,P表溶液渗透压,V表体积,R表理想气体常数,T表溶液的绝对温度。还著有《数量、质量和时间方面的化学原理》、《化学动力学研究》等科研著作。范特霍夫与阿累尼乌斯(1903年诺贝尔化学奖获得者)、奥斯特瓦尔德(1909年诺贝尔化学奖获得者)共同创立了物理化学,被誉为“物理化学三剑客”。

范特霍夫在化学上的开创性贡献,表明他的成就高于前人和同时代人,这与他自幼热爱化学和在数学、物理学等方面的广博知识密不可分。他善于巧妙地运用数学方法和类比等逻辑推理去整理实验结果。他重视实验,但又不局限于狭隘的经验。他从数学方程式入手,得出推论的方法,是创立物理化学的重要手段,他为立体化学和化学动力学奠定了坚实的基础。他还注重提升哲学素养并不断探求科学的方法,总是站在哲学的高度去把握问题的精髓,这使他具有非凡的创造力。

范特霍夫从小就对医学和化学实验很感兴趣,常在放学后溜进学校实验室,并且乐于选用那些易燃、易爆、剧毒的危险药品做实验。霍克维尔夫老师偶然发现了他的秘密并把他交给他父亲。父亲对儿子的举动深为尴尬和愤慨,但还是支持儿子的好学行为,为他配备了一间简陋的实验室,范特霍夫开始了他的实验化学生涯。范特霍夫还喜欢拜伦的诗和孔德的实证哲学。他在化学研究方面,也经常站到哲学高度去探索大自然的奥秘。

1901年后,由于范特霍夫在化学方面的出色成就和影响力,国外很多机构开出高薪聘请他,这位荷兰人都婉言谢绝,因为他始终不忘报效祖国。回国后,他以罕见的热情投入工作,为立体化学培养接班人。范特霍夫晚年被严重的肺结核病困扰,这在当时是“不治之症”,即便手术后也无法恢复昔日的工作能力。他每天躺在病床上看书、整理资料、写日记。精神稍好,他又沉浸在研究工作中。1911年3月1日,这颗科学巨星憾然陨落,人们将他的骨灰安放在柏林达莱姆公墓,供后人瞻仰。

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