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第31章 现代科技之光(5)

1871年肖莱马当选为英国皇家学会会员。

肖莱马不仅是一位优秀的化学家,还是一位优秀的共产主义者。

早在60年代初期,他就和恩格斯相识,结下了深厚的革命友谊,又通过恩格斯与马克思相识并很快成为亲密朋友。

肖莱马的家庭出身和社会经历,使他深切感受到阶级压迫的苦难。他一辈子也忘不了一个德国资本家对他说过的话:“马儿应当乖乖干活,以便吃到燕麦。”

基于对资本主义制度的深刻认识,肖莱马在马克思、恩格斯的帮助和影响下,很快地成为了一名自觉的共产主义者,并加入了德国工人阶级政党和共产国际组织。

在革命斗争中,他始终坚定地站在马克思、恩格斯一边,受到了马克思、恩格斯的高度信任,他的住址一度成为马克思、恩格斯的秘密通信处。

在有机化学研究工作中,肖莱马自觉以马克思主义的辩证唯物论为指导思想,取得了突出成就。不仅如此,他在教学中还增设了“化学哲学”和“化学史”两门课,向学生宣传马克思主义。

可以说,肖莱马是19世纪末唯一在哲学上达到辩证唯物主义水平的先进学者。

正当革命和科学事业都需要肖莱马继续作出贡献时,无情的肺癌夺去了他的生命。

1892年6月27日,肖莱马因肺癌医治无效,与世长辞,终年58岁。

恩格斯怀着沉痛的心情参加了肖莱马的葬礼,并特意在德国社会民主党的中央机关报《前进报》上发表了悼念他的文章。

肖莱马虽然对流行于有机化学界的“类型论”有所突破,但还没有能从立体的角度考虑问题。

1815年,法国化学家比奥发现,某些天然存在的有机化合物在液态或溶液的情况下,有旋光性。这一发现成了建立有机立体化学的一大开端。

1874年9月,范霍夫(荷兰化学家)发现了不对称碳原子存在的事实,范霍夫的这一发现,成功地解释了旋光异构。

范霍夫1852年出生在荷兰一个著名的医生家庭中,父亲满心希望他长大后能够继承自己的衣钵,成为一名医学家,但他后来却成为了一名化学家,师承凯库勒学习化学,后来又到法国武兹实验室学习。

在武兹实验室,他发现了甲烷正四面体的空间结构,研究了具有不对称碳原子化合物的旋光异构。

1874年,获得博士学位的范霍夫回到了荷兰的鹿特丹。

第二年,范霍夫把他在凯库勒实验室和武兹实验室多方面的研究成果,写了一篇名为《立体化学》(又译为《空间化学》)的著名论文。

这篇论文,引起化学家们极大的争论。

支持者们说这篇论文是机智而精明的理论,具有划时代的意义。

反对者们则多方进行攻击。一个典型的代表是莱比锡著名化学家柯尔贝,他说:“范霍夫博士不对精确的化学作认真的研究,而是幻想着乘上希腊神话的神马,用他的《立体化学》宣布自己达到了科学的顶峰,看到了原子在空间如何组成立体结构的,人们要问这神马是从哪里来的?这大概是范霍夫从他工作的兽医学院借来的。”

这位著名教授的尖刻攻击,不仅没有扼制住立体化学理论的发展,反而帮助了范霍夫宣传了他的学说,使更多的人了解了立体化学,也使范霍夫“一朝醒来,名声大噪”。

1878年,范霍夫发表了著名专著《有机化学概念》,这部书是有机化学奠基性的著作之一。

范霍夫不仅是有机化学的奠基人,还是物理化学的奠基人。

范霍夫在学术上的贡献极多,一生发表有重要学术价值的论文200多篇,出版专著9部。

1901年,范霍夫荣获了诺贝尔化学奖,他是历史上获得诺贝尔化学奖的第一位专家。

至此,有机化学的立体化学理论才基本完成。

诺贝尔

有机化学是在资本主义大工业生产中,应社会的需要才产生和逐步发展起来的。

日益丰富的有机化学知识为合成有机化合物创造了条件。

在人工合成有机化合物中,染料首先异军突起,并迅速走向市场,创造了极大的社会效益。

过去人们使用的染料都是从有机植物中提取的。但在1856年英国皇家化学学院霍夫曼的学生柏琴却在实验中偶然发现,利用无机物也可以人工合成染料,便改变了这种局面。

从此,人们有目的地先分析天然染料的结构,然后用无机物做原料,相继合成了多种染料。

德国是个有机化学研究异常活跃的国家,染料的合成研究以野火燎原之势在德国迅速发展起来,并很快把人工染料推入了市场,合成染料给德国的化学工业增添了异彩。

在1886年到1900年期间,德国6家最大的化学公司共取得了948项染料专利,而英国只取得86项,德国人几乎垄断了全世界人造染料的生产。

德国人发了大财!

人工染料的合成缓解了大工业生产中的纺织业对染料的需要。而且由于成本低,价格相对便宜,很受欢迎。

可以说,人工合成染料的发现,真正达到了丰富人民生活,造福于人民的目的。

但是事物的发展往往是出人意料的。“有利必有弊。”这是中国的一句古话。当诺贝尔研制出近代炸药时,他可能没有想到,仅仅在他去世后的半个世纪,就有数以千万计的人倒在他所研制的炸药的硝烟中……1833年10月21日,一个瘦弱的婴儿在瑞典首都斯德哥尔摩诞生,听他的啼哭,看他的身体,使人难以相信,他就是后来震撼了整个世界的炸药大王艾尔福雷德·诺贝尔。

诺贝尔的父亲伊墨纽·诺贝尔,是一个普通的机械师,很早就在工厂做工,虽然他没有受过高等教育,可是他喜欢化学实验,特别钟爱于制造炸药,对建筑学也很有见解,是个热心于科学的人。

诺贝尔从小体弱多病,但意志顽强,从不甘心落后,父亲对他非常赏识,也很关心诺贝尔的兴趣爱好。

一天,年幼的诺贝尔看见他的父亲又在制造炸药,便问道:“爸爸,炸药伤人,是可怕的东西,你为什么要制造它呢?”

“因为它还可以用来开矿、筑路,许多地方都需要它呀!”父亲说。

“那我长大了也要做炸药。”诺贝尔似懂非懂地点了点头说。

“我倒希望你成为一名出色的机械师。”父亲抚摸着他的头说。

1841年,诺贝尔8岁,进了当地的一所正规小学学习,但他只读了一年就被迫退学了。

1842年春,他的母亲带着他们兄弟几个离开了家乡来到了圣彼得堡,与父亲一起生活。

由于此地没有瑞典学校,诺贝尔兄弟只能由家庭教师教授学业。

这时他的父亲因创制了一种水雷,受到了一个俄国将军的重视,后来又从事机械发明,境遇已经有了很大的改变。

在父亲的鼓励下,年岁稍大的诺贝尔就离开家庭,去各地旅行,访求名师。

18岁时,他对科学、文学和哲学已经有了一定的修养。

对年轻的诺贝尔来说,学习上的最大障碍,就是语言的障碍。为了学好外语,他常常选一些外国名著译成瑞典文,再转译成外文,然后将译稿与原著对照,来检查自己掌握的情况。依此方法,他先后学会了俄文、英文、法文和德文。

1852年,他回到家里,在父亲的工厂里工作,渐渐在技术上显示出他的非凡才能。父亲有了这个得力的助手,事业如日中天,日渐兴旺。

然而,好景不长,由于俄皇易人,俄国政府废弃前约,使父子俩的事业跌入深谷,1859年,父子俩不得不返回瑞典再谋生计。

当时,许多国家迫切要求发展采矿业,加快采掘速度,炸药不能适应这种需要,成了一个亟待解决的大问题。

年近60岁的父亲,回国后重整旗鼓,和三个儿子一起研究制造炸药。

1862年,父亲突然中风,从此再未能康复。

按照父亲的想法是要用硝化甘油制造出更好的炸药。硝化甘油是意大利人苏雷罗在1847年用硝酸和硫酸处理甘油得到的一种有机化合物,是一种比其他火药威力大得多的猛烈炸药。

但是,这种炸药特别敏感,容易爆炸,制造、存放和运输都很危险,人们不知道该怎么使用它。

他的父亲在实验中和前人一样失败了,而且不能再实验了。诺贝尔继续了父亲的实验和研究,从此,他就在死神的威胁下为人类向大自然索取动力。

1862年的夏初,诺贝尔做了一次十分重要的实验:在一个小玻璃管内盛硝化甘油,塞紧管口;然后,把这个玻璃管放入一个稍大一点的金属管内,里面装满黑色火药,插入一只导火管后,再把金属管塞紧。

装好以后,诺贝尔兄弟俩人一起来到水沟旁,点燃导火管后,把金属管扔入水沟。

结果,发生了剧烈的爆炸,水花四溅,地面震动,显然比同等数量的黑色火药的爆炸要猛烈得多。

这次成功的实际意义不在于实用,而在于诺贝尔第一次发现了引爆硝化甘油的原理——黑色火药的爆炸,可以引发分隔开的硝化甘油完全爆炸。

1863年,诺贝尔和他的弟弟一起,在斯德哥尔摩海伦坡建立了一所实验室,从事硝化甘油的制造和研究。在实验中他努力寻求硝化甘油爆炸的引爆物。

经过无数次的试验,这年的年底,诺贝尔终于发明了使硝化甘油爆炸的有效方法。

起初,诺贝尔用黑色火药作引爆物;后来,他发明了雷管来引爆硝化甘油。

1864年,他取得了这项发明的专利权。但是,在当时大批量生产硝化甘油,仍然充满了风险;而且在运输和贮存时,经常发生事故。诺贝尔是个永不满足而又具有丰富想象力的人,他继而发明了固体炸药,后又以胶质炸药取代了它。

诺贝尔发明的炸药经不断地创新与改进,在西欧各国的爆破工程中被广泛采用,并盛行起来。

炸药的广泛使用,给采矿和筑路带来了效益,也给诺贝尔带来了巨大的财富。但他关注的并不是钱。在诺贝尔著名的遗嘱中,他把财产中的大部分留作基金,以基金的利息作为奖金,每年颁发一次,给予在物理、化学、生理和医学、文学、和平事业方面有贡献的人。

这就是自1901年起颁发的举世闻名的诺贝尔奖金。

物理化学的产生

19世纪,西欧及北欧各国仍处于工业革命时期,各工业部门以更高的速度向前发展;地质部门为提供更多的矿物原料,进行大规模勘探和广泛的地质科学研究;在化学理论的领域正展开一场辩论……于是分析化学便肩负起了两个重要方面的任务,一方面为生产的需要,为地质科学的发展,提供更多更可靠的分析方法;另一方面,要为各种新科学理论的建立、巩固、完善继续作出贡献。

因此,19世纪以来,分析化学得到了迅速的发展,化学家们几乎分析了他们能找到的一切化学物质。通过分析,进一步研究它们的组成和性质。

早期的分析,主要是组成分析。这一时期对组成的化学分析的特色,主要是定量化,从一般的定量发展到微量化,并形成分析的系统方法。

19世纪早期,系统定性分析日渐成熟。德国化学家罗塞比较明确地提出了系统定性分析方法,这种方法经过深入研究后,越来越完善,被用于地质普查、冶金、考古、医药、食品等方面成分分析工作。

定性分析,逐步向定量分析转化,逐步形成重量分析和容量分析方法。

当时的定量分析是把析出的沉淀烘干灼烧,仔细称量获得的定量,分析结果是很准确的。这种方法称为“干法分析”。

在“干法分析”发展的同时,“湿法分析”也发展起来了。

“湿法分析”早期是滴定分析。以滴定法为主的容量分析,在19世纪30年代以后,达到了极盛时期。容量分析中的关键要素是指示剂,在1893年,灵敏的指示剂已有14种之多。

在无机化学、分析化学、有机化学发展的同时,物理学和化学的边缘学科——物理化学也发展起来了。

物理化学的形成是19世纪下半叶的事情。这个时期的资本主义生产造成了比过去世世代代总共造成的还要大的生产力,又以异乎寻常的精力致力于自然科学,创造了无可比拟的超过以往各个时代的高度发达的技术。自然科学的各个学科,包括物理化学,正是在这个时期得到了迅速的发展。

“物理化学”这个术语,是18世纪中叶首先为罗蒙诺索夫所使用的。但这一学科真正成功地发展起来,有赖于荷兰的范霍夫、德国的奥斯特瓦尔德,他们两人在1887年合办了《物理化学杂志》,此后物理化学的概念被化学界所接受。

物理化学这一学科的理论体系和各不同分支的建立,与各国化学家坚持不懈的研究和实验分不开,更与范霍夫、奥斯特瓦尔德、阿累尼乌斯三位伟大化学家的名字分不开。

他们三人后来都获得了诺贝尔化学奖金,被一些科学史家称为“物理化学三剑客”。

化学热力学是以热力学定律为基础的,还包括质量作用定律和化学平衡。

质量作用定律的主要内容包括:

(1)化学反应中质量的作用,也就是反应“力”的作用,这一作用与反应物的质量乘积成正比。

(2)如果相同质量的不同体积的物质起作用,这时质量的作用与体积成反比。

这一定律,经范霍夫等人的研究,达到定量化,其现代形式可以表示如下:

A+B=C+D(1)

正反应速度V正=K1〔A〕·〔B〕(2)

负反应速度V负=K2〔C〕·〔D〕(3)

在反应速度的研究基础上,又提出了化学平衡的概念。

法国科学家勒夏特列创立了比较完整的化学平衡学说,提出了著名的勒夏特列平衡原理,这一原理描述了化学体系中的各种因素对化学平衡状态的影响。

美国化学家吉布斯又把化学平衡的研究由单相平衡推进到复相平衡,提出著名的“吉布斯相律”。

吉布斯的工作,使质量作用定律、勒夏特列原理等经验定律纳入了和谐的理论体系之中。

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