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第一位獲得諾貝爾獎金的化學家

??雅可比?亨利克?范霍夫


在化學各分支學科中，無機化學、分析化學、有機化學都是在十八世紀就建立的學科，唯獨物理化學這一分支學科一直到十九世紀下半葉才逐漸形成。而物理化學的創(chuàng)建人就是兩位早期的諾貝爾化學獎獲得者范霍夫和奧斯特瓦爾德，1887年他們共同創(chuàng)辦、了德文《物理化學》雜志，這份雜志的創(chuàng)刊號上發(fā)表了物理化學方面的論文，于是“物理化學”這個學科名稱開始為化學家所采用和推廣。

（Jacobus He nricus Varrt Hoff）是荷蘭物理化學家。1852年8月30日出生于荷蘭鹿特丹。這個醫(yī)學博士的兒子，從小就聰明過人。他在中學讀書時，對化學實驗很感興趣。經常在放學以后或假日里，偷偷地溜進學校，從地下室的窗戶鉆進實驗室里去做化學實驗。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驗。

一天。該校的霍克維爾夫先生發(fā)現(xiàn)了他的秘密，責備了他的違紀行為。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)了解了事情的經過后，對自己兒子不規(guī)矩的舉動深為尷尬和憤慨。但轉念一想，兒子的肯鉆好學不該過分去責備。于是，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家的命運。

在荷蘭，當時人們普遺存在著輕視化學的偏見。父親反對兒子當化學家，17歲那年，范霍夫中學畢業(yè)，還是聽從了父親的意見。在上大學前，1869年他先到德爾夫特高等工藝學校學習工業(yè)技術。在那里，他以優(yōu)異的成績博得了在該校任教的化學家A.C.奧德曼斯和物理學家范德?桑德?巴克胡依仁的器重，兩年就學完了規(guī)定三年學習的內容。這段學習，更增強了范霍夫畢生從事化學的信心和決心。

在家里時，父親對拜倫詩篇的酷愛曾感染了他們全家。往后，孔德的實證哲學思想又使范霍夫俯首傾倒。這些都使他學會了從哲學的角度來看待生活中的一切。也使他一生在化學研究方面，經常站到哲學高度來窺視大自然的奧秘。

1872年，范霍夫在萊頓大學畢業(yè)后，為了在化學上得到深造，他先后到柏林拜德國著名有機化學家凱庫勒為師。次年凱庫勒又推薦他去巴黎醫(yī)學院的武茲實驗室。在著名化學家武茲的指導下，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學科的創(chuàng)立者。

19世紀中葉，關于有機化合物的經典結構理論，已經由凱庫勒和俄國化學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構。后來，德國化學家威利森努斯也發(fā)現(xiàn)了乳酸的旋光異構現(xiàn)象。范霍夫在巴黎由武茲指導，同勒?貝爾分別對某些有機化合物為什么會有旋光異構現(xiàn)象的問題，進行了廣泛的實驗和探索。1874年，范霍夫和勒?貝爾分別提出了關于碳的正四面體構型學說。

一天，范霍夫坐在烏德勒支大學的圖書館里，認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式，當他把視線集中到分子中心的一個碳原子上時，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、物理學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，只有當氫原子均勻地分布在一個碳原子周圍的空間時才能達到。那么在空間里甲烷分子是個什么樣子呢？范霍夫猛然領悟，正四面體！當然應該是正四面體！這才是甲烷分子最恰當?shù)目臻g排列方式，他由此進一步想象出，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)，物質的旋光特性的差異，是和它們的分子空間結構密切相關的。這就是物質產生旋光異構的秘密所在。

范霍夫認為，在已經建立起來的經典有機結構理論中，由于人們還不了解原子所處的實際位置，所以原有的化學結構式不能反映出某些有機化合物的異構現(xiàn)象。他根據自己的研究，于1875年發(fā)表了《空間化學》一文。首次提出了一個“不對稱碳原子”的新概念。不對稱碳原子的存在，使酒石酸分子產生兩個變體??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。

范霍夫關于分子的空間立體結構的假說，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現(xiàn)象。分子的空間結構假說的誕生，立刻在整個化學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，荷蘭烏德勒支大學的物理學教授畢易?巴洛稱“這是一個出色的假說！我認為，它將在有機化學方面引起變革�！敝�名有機化學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的極其機智的嘗試，而且我也相信，這種嘗試在我們這門科學中……將具有劃時代的意義。”他們都積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。

然而在當時，許多人還不了解新學說的真正含義，他們甚至激烈反對范霍夫的觀點。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)學院的范霍夫博士，對精確的化學研究不感興趣。在他的《立體化學》中宣告說，他認為最方便的是乘上他從獸醫(yī)學院租來的飛馬，當他勇敢地飛向化學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容。于是，反倒使新理論在科學界迅速傳播開來。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聘為講師，1878年又成為化學教授。

因此，范霍夫首創(chuàng)的“不對稱碳原子”概念，以及碳的正四面體構型假說（有時*稱為范霍夫一勒?貝爾模型）的建立，盡管學術界對其褒貶不一，但往后的實踐卻證明，這個假說成了立體化學誕生的標志。

1878到1896年間，范霍夫在阿姆斯特丹大學先后擔任過化學教授，礦物學、地質學教授，并曾任化學系主任。這期間，他又集中精力研究了物理化學問題。他對化學熱力學與化學親合力、化學動力學和稀溶液的滲透壓及有關規(guī)律等問題進行了探索。

物質能否發(fā)生化學反應以及它們反應能力的大小，這是一個古老的化學理論課題。早期的化學家們一直以含糊不清的“化學親合力”“化學力”、“作用力”等概念來表述和解釋這些問題。因此，在早期的化學文獻中，關于化學反應時間或反應速度的概念總是同“親合力”“化學力”一類的概念分不開的。直到19世紀初，人們仍不能正確區(qū)分物質發(fā)生化學反應的可能性和實際發(fā)生時的化學反應速度。

因此，從1877年之后，范霍夫開始注意研究化學動力學和化學親合力問題。1884年，他出版了《化學動力學研究》一書。書中他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。

這本書首先著重討論了化學反應速度及其變化規(guī)律。他創(chuàng)造性地把反應速度分為單分子、雙分子和多分子反應三種不同類型來研究。其次，范霍夫對于兩個方向相反的反應（即可逆反應）采用了化學平衡的觀點來研究。他首倡以雙箭頭符號來表明化學平衡的動態(tài)特性。最后，他還給化學親合力下了明確的定義，并對它進行了研究。在物理化學領域中，范霍夫重點研究的另一個課題是稀溶液的滲透壓及有關規(guī)律。他做了許多關于溶液滲透壓的實驗，提出了一個能普遍適用的滲透壓公式：PV＝iRT 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，對許多物質來說：值均為1，即滲透壓關系式為PV＝RT。同時，他還對此式的應用以及i不等于的體系（電解質溶液）進行了大量研究。

范霍夫從化學動力學開始，進而廣泛地研究了熱力學，特別是有關稀溶液的滲透壓問題。他把化學動力學、熱力學和物理測定統(tǒng)一起來，建立了物理化學的基礎。正如范霍夫在創(chuàng)建立體化學時的遭遇一樣，物理化學的誕生也遇到了不少挫折。瑞典有一位大學畢業(yè)不久的年輕人，名叫斯特萬?阿累尼烏斯。他根據自己對溶液導電性的研究，提出了關于溶液的電離假說。但這一新理論的出現(xiàn)立即遭到國內不少學者的強烈反對。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正。想不到身處異國的范霍夫一口氣讀完了論文后，不僅馬上領會了阿累尼烏斯的基本觀點，并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！這正是電解質溶液i＞＝1的原因。范霍夫認為，如果溶液中的電解質確實分解為離子，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說。

范霍夫關于電解質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，同范霍夫進行了長時間的交談。他倆一致認為阿累尼烏斯的電離學說是一種了不起的創(chuàng)造。奧斯特瓦爾德對范霍夫說：“我認為，這是一個新理論的開端，它將會成為研究溶液特性的基礎。而您本人的研究，將會證實和發(fā)展這個理論�！彼�還倡議道：“事業(yè)需要大家更緊密地進行合作，把一切力量都聯(lián)合起來。”當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行實驗，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《物理化學雜志》第一期在萊比錫問世。這標志著一門新興的邊緣學科一物理化學的誕生。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科的局限，共同為新學科的創(chuàng)立奠基、為新興的基本理論的確立進行了頑強的戰(zhàn)斗。固此，他們被譽為“物理化學的三劍客”。范霍夫畢生從事有機立體化學與物理化學的廣泛研究，取得了累累碩果，使他成為世界上第一個諾貝爾化學獎的獲得者。1901年12月10日，他來到斯德哥爾摩，“在瑞典科學院舉行的隆重的授獎儀式上，發(fā)表了演講，他著重講到了關于溶液的理論方面的科學成就。

范霍夫在化學上的這些開創(chuàng)性貢獻，表明他高于前人和他的同代人，從而得到了崇高的榮譽。這當然與他自幼熱愛化學和在數(shù)學、物理學等方面的廣博而深逢的知識素養(yǎng)分不開。然而，注意哲學修養(yǎng)、不斷探求科學方法更使他具有非凡的創(chuàng)造想像能力，小時候對化學實驗的濃厚興趣，后來變成了他取得各項成果的基礎。他重視實驗，但又不像當時絕大多數(shù)科學家那樣局限于狹隘的經驗。他善于巧妙地運用數(shù)學方法去整理實驗結果，并注意用類比等邏輯推理從數(shù)學方程式里面推導出一些理論上的新緒論，這是他創(chuàng)立物理化學新學科的重要方法。而在立體化學創(chuàng)立過程中，則主要體現(xiàn)了他列模型方法以及科學假說方法的深刻理解和靈活應用、他總是站在哲學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院成員。還先后當選為哥根廷皇家科學院、倫敦化學會、美國化學會以及德國研究院的外籍成員，獲得了許多榮譽獎章。1901年他在接受了諾貝爾化學獎以后，應邀訪問了美國、德國等一些經濟文化先進國家，多次得到榮譽博士學位。但他始終念念不忘報效自己的祖國。當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。一旦國內有了適當?shù)脑O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，彼越來越重的肺結核病困擾著。在當時，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，他在柏林做了手術治療，卻仍不能恢復昔日的工作能力。頑強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，他就躺不住了，要求醫(yī)生允許他去工作。一離開病床，他仿佛忘了病痛，又沉浸在研究工作之中。剛到瑞士不久的阿累尼烏斯，立即專程來柏林看望這位同行摯友。當他看到這位科學劍客被病魔折磨得已不像樣子時，心里非常難過。阿累尼烏斯強忍著內心的不安，仍以熾烈的友情去寬慰他的異國戰(zhàn)友，鼓勵他安心休養(yǎng)，以便東山再起。然而這終歸只是一種愿望，這次會面竟是兩位化學巨匠的訣別。

1911年3月1日，年僅59歲的范霍夫不幸早逝。一顆科學巨星的隕落，震驚了世界化學界。荷蘭人民經受了失去一位忠實兒子的痛苦。為了永遠地懷念他，范霍夫的遺體火化后，人們將他的骨灰安放在柏林達萊姆公墓，供后人瞻仰。

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