化學(xué)家故事第一個榮獲諾貝爾化學(xué)獎的范霍夫

1、化學(xué)家故事_第一個榮獲諾貝爾化學(xué)獎的范霍夫雅可比·亨利克·范霍夫是荷蘭物理化學(xué)家。1852年8月30日出生于荷蘭鹿特丹。這個醫(yī)學(xué)博士的兒子，從小就聰明過人。他在中學(xué)讀書時，對化學(xué)實(shí)驗很感興趣。經(jīng)常在放學(xué)以后或假日里，偷偷地溜進(jìn)學(xué)校，從地下室的窗戶鉆進(jìn)實(shí)驗室里去做化學(xué)實(shí)驗。少年的好奇心，使他專門樂于選用那些易燃易爆和劇毒的危險藥品做實(shí)驗。一天。該校的霍克維爾夫先生發(fā)現(xiàn)了他的秘密，責(zé)備了他的違紀(jì)行為。范霍夫請求這位老師不要去報告校長。但他還是被帶去見他的父親。鹿特丹的這位名醫(yī)了解了事情的經(jīng)過后，對自己兒子不規(guī)矩的舉動深為尷尬和憤慨。但轉(zhuǎn)念一想，兒子的肯鉆好學(xué)不該過分去責(zé)備。于是

2、，他把自己原來的一間醫(yī)療室讓給了兒子。范霍夫有了自己這一間簡陋的實(shí)驗室，干得更加起勁了。想不到少年時代的這種愛好，注定了后來范霍夫成為化學(xué)家的命運(yùn)。     在荷蘭，當(dāng)時人們普遺存在著輕視化學(xué)的偏見。父親反對兒子當(dāng)化學(xué)家，17歲那年，范霍夫中學(xué)畢業(yè)，還是聽從了父親的意見。在上大學(xué)前， 1869年他先到德爾夫特高等工藝學(xué)校學(xué)習(xí)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(xué)家A.C.奧德曼斯和物理學(xué)家范德·桑德·巴克胡依仁的器重，兩年就學(xué)完了規(guī)定三年學(xué)習(xí)的內(nèi)容。這段學(xué)習(xí)，更增強(qiáng)了范霍夫畢生從事化學(xué)的信心和決心。  

3、60; 在家里時，父親對拜倫詩篇的酷愛曾感染了他們?nèi)?。往后，孔德的?shí)證哲學(xué)思想又使范霍夫俯首傾倒。這些都使他學(xué)會了從哲學(xué)的角度來看待生活中的一切。也使他一生在化學(xué)研究方面，經(jīng)常站到哲學(xué)高度來窺視大自然的奧秘。    1872年，范霍夫在萊頓大學(xué)畢業(yè)后，為了在化學(xué)上得到深造，他先后到柏林拜德國著名有機(jī)化學(xué)家凱庫勒為師。次年凱庫勒又推薦他去巴黎醫(yī)學(xué)院的武茲實(shí)驗室。在著名化學(xué)家武茲的指導(dǎo)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(xué)學(xué)科的創(chuàng)立者。    19世紀(jì)中葉，關(guān)于有機(jī)化合物的經(jīng)典結(jié)構(gòu)理論，已

4、經(jīng)由凱庫勒和俄國化學(xué)家布特列洛夫等人基本上建立起來了。但同時，人們越來越多地發(fā)現(xiàn)了某些有機(jī)化合物具有旋光現(xiàn)象。法國人巴斯德首先發(fā)現(xiàn)酒石酸、葡萄酸部具有左旋和右旋兩種不同結(jié)構(gòu)。后來，德國化學(xué)家威利森努斯也發(fā)現(xiàn)了乳酸的旋光異構(gòu)現(xiàn)象。范霍夫在巴黎由武茲指導(dǎo)，同勒·貝爾分別對某些有機(jī)化合物為什么會有旋光異構(gòu)現(xiàn)象的問題，進(jìn)行了廣泛的實(shí)驗和探索。1874年，范霍夫和勒·貝爾分別提出了關(guān)于碳的正四面體構(gòu)型學(xué)說。     一天，范霍夫坐在烏德勒支大學(xué)的圖書館里，認(rèn)真地閱讀著威利森努斯研究乳酸的一篇論文，他隨手在紙上畫出了乳酸的化學(xué)式，當(dāng)他把視線集中到分子中心的

5、一個碳原子上時，他立即聯(lián)想到，如果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，情況會怎樣呢？這個偶然產(chǎn)生的想法，使范霍夫激動地奔出了圖書館。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(xué)、物理學(xué)等知識的范霍夫突然想起，在自然界中一切都趨向于最小能量的狀態(tài)。這種情況，只有當(dāng)氫原子均勻地分布在一個碳原子周圍的空間時才能達(dá)到。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，正四面體！當(dāng)然應(yīng)該是正四面體！這才是甲烷分子最恰當(dāng)?shù)目臻g排列方式，他由此

6、進(jìn)一步想象出，假如用4個不同的取代基換去碳原子周圍的氫原子，顯然，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(xué)式旁畫出了兩個正四面體，并且一個是另一個的鏡像。他把自己的想法歸納了一下，驚奇地發(fā)現(xiàn)，物質(zhì)的旋光特性的差異，是和它們的分子空間結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的。這就是物質(zhì)產(chǎn)生旋光異構(gòu)的秘密所在。    范霍夫認(rèn)為，在已經(jīng)建立起來的經(jīng)典有機(jī)結(jié)構(gòu)理論中，由于人們還不了解原子所處的實(shí)際位置，所以原有的化學(xué)結(jié)構(gòu)式不能反映出某些有機(jī)化合物的異構(gòu)現(xiàn)象。他根據(jù)自己的研究，于1875年發(fā)表了空間化學(xué)一文。首次提出了一個“不對稱碳原子”的新概念。不對

7、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(xué)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)于分子的空間立體結(jié)構(gòu)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。分子的空間結(jié)構(gòu)假說的誕生，立刻在整個化學(xué)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，紛紛稱贊范霍夫這一創(chuàng)舉。例如，荷蘭烏德勒支大學(xué)的物理學(xué)教授畢易·巴洛稱“這是一個出色的假說！我認(rèn)為，它將在有機(jī)化學(xué)方面引起變革?！敝?/p>

8、機(jī)化學(xué)家咸利森努斯教授寫信給范霍夫說：“您在理論方面的研究成果使我感到非常高興。我在您的文章中，不僅看到了說明迄今未弄清楚的事實(shí)的極其機(jī)智的嘗試，而且我也相信，這種嘗試在我們這門科學(xué)中將具有劃時代的意義?！彼麄兌挤e極支持和鼓勵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(dāng)時，許多人還不了解新學(xué)說的真正含義，他們甚至激烈反對范霍夫的觀點(diǎn)。德國萊比錫的赫爾曼·柯爾貝教授寫文章尖銳地諷刺說：“有一位烏德勒支獸醫(yī)學(xué)院的范霍夫博士，對精確的化學(xué)研究不感興趣。在他的立體化學(xué)中宣告說，他認(rèn)為最方便的是乘上他從獸醫(yī)學(xué)院租來的飛馬，當(dāng)他勇敢地飛向

9、化學(xué)的帕納薩斯山的頂峰時，他發(fā)現(xiàn)，原子是如何自行地在宇宙空間中組合起來的。”而菲諦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、因為那些凡是讀過柯爾貝等人的尖銳評論文章的人，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(xué)界迅速傳播開來。正如拜倫說過的話一樣“一朝醒來，名聲大噪。”柯爾貝等人的批評竟使范霍夫成了顯赫一時的人物。不久，范霍夫就被阿姆斯特丹大學(xué)聘為講師，1878年又成為化學(xué)教授。    因此，范霍夫首創(chuàng)的“不對稱碳原子”概念，以

10、及碳的正四面體構(gòu)型假說（有時叉稱為范霍夫一勒·貝爾模型）的建立，盡管學(xué)術(shù)界對其褒貶不一，但往后的實(shí)踐卻證明，這個假說成了立體化學(xué)誕生的標(biāo)志。 1878到1896年間，范霍夫在阿姆斯特丹大學(xué)先后擔(dān)任過化學(xué)教授，礦物學(xué)、地質(zhì)學(xué)教授，并曾任化學(xué)系主任。這期間，他又集中精力研究了物理化學(xué)問題。他對化學(xué)熱力學(xué)與化學(xué)親合力、化學(xué)動力學(xué)和稀溶液的滲透壓及有關(guān)規(guī)律等問題進(jìn)行了探索。    物質(zhì)能否發(fā)生化學(xué)反應(yīng)以及它們反應(yīng)能力的大小，這是一個古老的化學(xué)理論課題。早期的化學(xué)家們一直以含糊不清的“化學(xué)親合力”“化學(xué)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(xué)

11、文獻(xiàn)中，關(guān)于化學(xué)反應(yīng)時間或反應(yīng)速度的概念總是同“親合力”“化學(xué)力”一類的概念分不開的。直到19世紀(jì)初，人們?nèi)圆荒苷_區(qū)分物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的可能性和實(shí)際發(fā)生時的化學(xué)反應(yīng)速度。    因此，從1877年之后，范霍夫開始注意研究化學(xué)動力學(xué)和化學(xué)親合力問題。1884年，他出版了化學(xué)動力學(xué)研究一書。書中他不僅闡明了反應(yīng)速度等化學(xué)動力學(xué)問題，而且還專門論述了化學(xué)平衡理論和以自由能為基礎(chǔ)的親合力理論。    這本書首先著重討論了化學(xué)反應(yīng)速度及其變化規(guī)律。他創(chuàng)造性地把反應(yīng)速度分為單分子、雙分子和多分子反應(yīng)三種不同類型來研究。其次，范霍夫?qū)τ趦蓚€方向相

12、反的反應(yīng)（即可逆反應(yīng)）采用了化學(xué)平衡的觀點(diǎn)來研究。他首倡以雙箭頭符號來表明化學(xué)平衡的動態(tài)特性。最后，他還給化學(xué)親合力下了明確的定義，并對它進(jìn)行了研究。在物理化學(xué)領(lǐng)域中，范霍夫重點(diǎn)研究的另一個課題是稀溶液的滲透壓及有關(guān)規(guī)律。他做了許多關(guān)于溶液滲透壓的實(shí)驗，提出了一個能普遍適用的滲透壓公式。    PViRT    i>1式中P是溶液的滲透壓，V是其體積；R是理想氣體常數(shù)，T是溶液的絕對溫度。    范霍夫還證明，對許多物質(zhì)來說：值均為1，即滲透壓關(guān)系式為PVRT。同時，他還對此式的應(yīng)用以及i不等于的體

13、系（電解質(zhì)溶液）進(jìn)行了大量研究。     范霍夫從化學(xué)動力學(xué)開始，進(jìn)而廣泛地研究了熱力學(xué)，特別是有關(guān)稀溶液的滲透壓問題。他把化學(xué)動力學(xué)、熱力學(xué)和物理測定統(tǒng)一起來，、建立了物理化學(xué)的基礎(chǔ)。正如范霍夫在創(chuàng)建立體化學(xué)時的遭遇一樣，物理化學(xué)的誕生也遇到了不少挫折。瑞典有一位大學(xué)畢業(yè)不久的年輕人，名叫斯特萬·阿累尼烏斯。他根據(jù)自己對溶液導(dǎo)電性的研究，提出了關(guān)于溶液的電離假說。但這一新理論的出現(xiàn)立即遭到國內(nèi)不少學(xué)者的強(qiáng)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請求詣?wù)?。想不到身處異國的范霍夫一口氣讀完了論文后，不僅馬上領(lǐng)會了阿累尼烏斯的基本觀點(diǎn)，并

14、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i1的原因。范霍夫認(rèn)為，如果溶液中的電解質(zhì)確實(shí)分解為離子，那么溶液中的粒子數(shù)就會增多。同樣地，如果是由于粒子撞擊半透膜隔層而引起的滲透壓力，則很容易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訴了阿累尼烏斯，表示完全贊同電離學(xué)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(xué)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(jìn)行了長時間的交談。他倆一致認(rèn)為阿累尼烏斯的電離學(xué)說是一種了不起的創(chuàng)造。奧斯特瓦

15、爾德對范霍夫說：“我認(rèn)為，這是一個新理論的開端，它將會成為研究溶液特性的基礎(chǔ)。而您本人的研究，將會證實(shí)和發(fā)展這個理論。”他還倡議道：“事業(yè)需要大家更緊密地進(jìn)行合作，把一切力量都聯(lián)合起來?！碑?dāng)他得知阿累尼烏斯已決定要來阿姆斯特丹同范霍夫一起進(jìn)行實(shí)驗，隨后還要去里加拜訪他時，非常高興。1887年8月初，他們共同創(chuàng)辦的物理化學(xué)雜志第一期在萊比錫問世。這標(biāo)志著一門新興的邊緣學(xué)科一物理化學(xué)的誕生。范霍夫同阿累尼烏斯、奧斯特瓦爾德的友誼與協(xié)作，使他們突破了國界和學(xué)科的局限，共同為新學(xué)科的創(chuàng)立奠基、為新興的基本理論的確立進(jìn)行了頑強(qiáng)的戰(zhàn)斗。固此，他們被譽(yù)為“物理化學(xué)的三劍客”。范霍夫畢生從事有機(jī)立體化學(xué)與物理

16、化學(xué)的廣泛研究，取得了累累碩果，使他成為世界上第一個諾貝爾化學(xué)獎的獲得者。1901年12月10日，他來到斯德哥爾摩，“在瑞典科學(xué)院舉行的隆重的授獎儀式上，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(xué)成就。    范霍夫在化學(xué)上的這些開創(chuàng)性貢獻(xiàn)，表明他高于前人和他的同代人，從而得到了崇高的榮譽(yù)。這當(dāng)然與他自幼熱愛化學(xué)和在數(shù)學(xué)、物理學(xué)等方面的廣博而深逢的知識素養(yǎng)分不開。然而，注意哲學(xué)修養(yǎng)、不斷探求科學(xué)方法更使他具有非凡的創(chuàng)造想像能力，小時候?qū)瘜W(xué)實(shí)驗的濃厚興趣，后來變成了他取得各項成果的基礎(chǔ)。他重視實(shí)驗，但又不像當(dāng)時絕大多數(shù)科學(xué)家那樣局限于狹隘的經(jīng)驗。他善于巧妙地

17、運(yùn)用數(shù)學(xué)方法去整理實(shí)驗結(jié)果，并注意用類比等邏輯推理從數(shù)學(xué)方程式里面推導(dǎo)出一些理論上的新緒論，這是他創(chuàng)立物理化學(xué)新學(xué)科的重要方法。而在立體化學(xué)創(chuàng)立過程中，則主要體現(xiàn)了他列模型方法以及科學(xué)假說方法的深刻理解和靈活應(yīng)用、他總是站在哲學(xué)的高度去把握問題的精髓，勝人一籌。    自1885年以后，范霍夫一直被選為荷蘭皇家科學(xué)院成員。還先后當(dāng)選為哥根廷皇家科學(xué)院、倫敦化學(xué)會、美國化學(xué)會以及德國研究院的外籍成員，獲得了許多榮譽(yù)獎?wù)隆?901年他在接受了諾貝爾化學(xué)獎以后，應(yīng)邀訪問了美國、德國等一些經(jīng)濟(jì)、文化先進(jìn)國家，多次得到榮譽(yù)博士學(xué)位。但他始終念念不忘報效自己的祖國。當(dāng)科研工作遇到困難時，他也曾多次出國從事研究。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(dāng)?shù)脑O(shè)備條件，他就毅然返口祖國。他以罕見的熱情與干勁勤奮終生，他常常廢寢忘食，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(dāng)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(fù)昔日的工作能力。頑強(qiáng)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(diǎn)，他