斯万特·奥古斯特·阿累尼乌斯

化学家比较多的学校(中学化学学科所涉及到的科学家)(1)

斯万特·奥古斯特·阿累尼乌斯(Svante August Arrhenius,1859年2月19日~1927年10月2日),瑞典物理化学家,生于瑞典乌普萨拉附近的维克城堡。他是电离理论的创立者,解释溶液中的元素是如何被电解分离的现象;研究过温度对化学反应速度的影响,得出著名的阿累尼乌斯公式;还提出了等氢离子现象理论、分子活化理论和盐的水解理论;对宇宙化学、天体物理学和生物化学等也有研究。1903年因建立电离学说获得诺贝尔化学奖。

斯万特·奥古斯特·阿累尼乌斯学子时期

阿累尼乌斯生于瑞典,祖父是一个农民,父亲是乌普萨拉大学的总务主任。阿累尼乌斯3岁就开始识字,并学会了算术。父母并没有专门教他学什么,他是看哥哥写作业时逐渐学会了识字和计算。他的启蒙教育可以算得上“无师自通”了。6岁时就能够帮助父亲进行复杂的计算。阿累尼乌斯聪明,好学,精力旺盛,有时候也惹事生非。在教会学校上小学时,就常惹老师生气。有一次他给同学们讲故事,竟过了上课时间,老师想要处罚他,又被他逃了过去。

进入中学后,阿累尼乌斯各门功课都名列前茅,特别喜欢物理和化学。聪明的人总喜欢多想一些为什么,遇到疑难的问题他从不放过,经常与同学们争论一番,有时候也和老师辩个高低。[1]

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。当时埃德隆教授正在研究和测量溶液的电导。埃德隆教授非常欢迎阿累尼乌斯的到来,在教授的指导下,阿累尼乌斯研究浓度很稀的电解质溶液的电导。这个选题非常重要,如果没有这个选题,阿累尼乌斯就不可能创立电离学说。在实验室里,他夜以继日地重复着枯燥无味的实验,整天与溶液、电极、电流计、电压计打交道,这样的工作他一干就是两年。在瑞典科学院物理学家埃德伦德(E.Edlund)教授的指导下,阿累尼乌斯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,他都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苦钻研,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止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。

斯万特·奥古斯特·阿累尼乌斯实验学术

化学家比较多的学校(中学化学学科所涉及到的科学家)(2)

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

斯万特·奥古斯特·阿伦尼乌斯

点,但在较长时期内,科学界普遍赞同法拉第的观点,认为溶液中“离子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。

实验仅仅是研究工作的开始,更重要的是对实验结果的思考。阿累尼乌斯已经完成了足够的实验,他离开了斯德哥尔摩大学的实验室,回到乡下的老家。离开了那些电极、烧杯等设备,开始探索实验数据背后的规律。在实验中,阿累尼乌斯发现,很稀的溶液通电后的反应与浓溶液相比,规律要简单得多。以前的化学家也发现了在浓溶液中加入水之后,电流就比较容易通过,甚至已经发现加水的多少与电流的增加有一定的关系。然而他们却很少去想一想,电流和溶液浓度之间的关系。

通过实验和计算,阿累尼乌斯发现,电解质溶液的浓度对导电性有明显的影响。“浓溶液和稀溶液之间的差别是什么?”阿累尼乌斯反复思考着这个很简单的问题。“浓溶液加了水就变成稀溶液了,可水在这里起了很大的作用。”阿累尼乌斯静静地躺在床上,顺着这个思路往下想:“纯净的水不导电,纯净的固体食盐也不导电,把食盐溶解到水里,盐水就导电了。水在这里起了什么作用?”阿累尼乌斯坐起来,决定把这个问题搞清楚。他想起英国科学家法拉第1834年提出的一个观点:“只有在通电的条件下,电解质才会分解为带电的离子。”“是不是食盐(化学名称是氯化钠)溶

电解分离的现象

解在水里就电离成为氯离子和钠离子了呢?”这是一个非常大胆的设想。因为法拉第认为:“只有电流才能产生离子。”可是食盐溶解在水里就能产生离子,与法拉第的观点不一样。不要小看法拉第这个人,虽然1867年他已经去世了,但是他对物理上的一些观点在当时还是金科玉律。另外,还有一个问题要想清楚,氯是一种有毒的黄绿色气体,盐水里有氯,并没有哪个人因为喝了盐水而中毒,看来氯离子和氯原子在性质上是有区别的。因为离子带电,原子不带电。那时候,人们还不清楚原子的构造,也不清楚分子的结构。阿累尼乌斯能有这样的想象能力已经是很不简单的了。

1883年5月,阿累尼乌斯带着论文回到乌普萨拉大学,向化学教授克莱夫请教。阿累尼乌斯向他详细地解释了电离理论,但是克莱夫对于理论不感兴趣,只说了一句:“这个理论纯粹是空想,我无法相信。”克莱夫是一位很有名望的实验化学家,他已经发现了两种化学元素:钬和铥。他的这种态度给满怀信心的阿累尼乌斯当头一棒,他知道要通过博士论文并非易事,虽然他认为自己的观点和实验数据并没有错,但是要说服乌普萨拉大学那一帮既保守又挑剔的教授们谈何容易。阿累尼乌斯小心翼翼地准备着他的论文,既要坚持自己的观点,又不能过分与传统的理论对抗。4小时的答辩终于过去了,阿累尼乌斯如坐针毡,因为阿累尼乌斯的材料和数据都很充分,教授们又查看了他大学读书时所有的成绩,他的生物学、物理学和数学的考试成绩都非常好,答辩委员会认为虽然论文不是很好,但仍然可以以“及格”的三等成绩“勉强获得博士学位”。

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,必须假定电解质在溶液中具有两种不同的形态,非活性的——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子,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。

斯万特·奥古斯特·阿累尼乌斯学术成果

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阿累尼乌斯刻苦钻研,具有很强的实验能力。1883年5月,他提出了电离理论的基本观点:“由于水的作用,电解质在溶液中具有两种不同的形态,非活性的分子形态,活性的离子形态。溶液稀释时,活性形态的数量增加,所以溶液导电性增大”。作为博士论文送交乌普萨拉大学

所获诺贝尔奖项

。但是,其导师对其观点不能理解,另一导师则持怀疑态度。最后,由于委员会支持教授们的意见,阿累尼乌斯的论文答辩没有通过。阿累尼乌斯并未因此而灰心。他认为他的观点是正确的,为此寻求科学家的支持。1884年冬再次进行论文答辩时,论文被顺利通过。

阿累尼乌斯同时提出了酸、碱的定义;解释了反应速率与温度的关系,提出活化能的概念及与反应热的关系等。由于阿累尼乌斯在化学领域的卓越成就,1903年荣获了诺贝尔化学奖,成为瑞典第一位获此科学大奖的科学家。著作:《天体物理学教科书》、《免疫化学》、《生物化学中的定量定律》等。

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《免疫化学》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,成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。

斯万特·奥古斯特·阿累尼乌斯主要贡献

阿累尼乌斯在化学上贡献有:提出电离学说,认为电解质溶于水,其分子能离解成导电的离子,这是电解质导电的根本原因,同时溶液愈稀,电解质电离度越大。电离学说是物理化学上的重大贡献,也是化学发展史上的重要里程碑,从而解释溶液的许多性质和溶液的渗透压偏差、依数性等,它建筑起物理和化学间的重要桥梁。提出活化分子和活化能的概念,导出著名的反应速率公式,即阿累尼乌斯方程。

公式可推算出温度升高10度,化学反应速度约加快一倍,这使化学动力学大大向前迈进了一步。奠定宇宙化学研究的基础。他根据物理化学的原理,最早预言太阳的能量来自原子的反应,特别是由氢原子结合成氦原子的反应。他还发现二氧化碳有较强吸收红外辐射的能力,较早提出二氧化碳对地球温室效应影响的见解。此外,他对彗星、北极光、冰川等的成因作了较深刻的研究,并提出了有价值的见解。最先对血清疗法的机理作出化学解释,特别是开创免疫化学研究的航道,以及各种毒素的化学结构对人体、动物体中毒机理的研究作出了一定贡献。

斯万特·奥古斯特·阿累尼乌斯主要著作

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他的主要著作有:《溶液理论》《宇宙物理学教程》《免疫化学》《生物化学中定量定律》《化学原理》等。他曾获得过多次奖赏,除1903年获得诺贝尔化学奖外,还曾获英国皇家学会戴维奖、吉布斯奖、法拉第奖等。他还被选为英国皇家学会会员。

德国电化学学会名誉会员等。就连曾一度激烈反对他的克利夫教授也不得不说:“阿累尼乌斯和柏济力阿斯都是瑞典的骄傲,从柏济力阿斯肩上卸下的斗篷已经由阿累尼乌斯披上了。”

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