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物理化学之父——奥斯特瓦尔德

来源:颗粒在线 2702 2019-09-02

弗里德里希・奥斯特瓦尔德(Friedrich Ostwald),德国著名科学家、哲学家、语言学家和社会活动家,被称为“物理化学之父”,和荷兰范特霍夫、瑞典阿伦尼乌斯一起并称物理化学“三剑客”。

奥斯特瓦尔德1853年9月2日生于俄国拉脱维亚的首府里加,家里兄弟三人,家境贫寒,双亲是德国移民后裔,父亲是制桶匠人,母亲是面包师之女。奥斯特瓦尔德具有爱好绘画的天性和制造器物的手艺,从小酷爱自然,喜欢钻研,热衷采集植物标本,观察动物活动,捕捉萤火虫、蝴蝶和甲虫。

10岁时进入一所五年制新型实科中学学习,阅读了形形色色的书刊。11岁时他看到一本关于制作焰火的书,便自己摸索实验,父母都很支持,父亲专门腾出一间地下室给他做实验室,母亲把厨房的研钵、筛子、器皿借给他用,他自己则设法到建筑工地干零活、作贴花画出售挣钱购买必要的药品器材,经过反复试验,终于制成绚丽的焰火。

不久,他又迷上照相,他用父亲装雪茄烟的空匣子作暗箱,用母亲的观剧镜作镜头,用涂有药液的硬纸片作显影纸,拆下窗格上的玻璃作底板,最后还真洗出了照片。两次成功,使他体验到莫大的喜悦和幸福,点燃了他童年的热情,打开了他心灵的窗户,照亮了他通向未来的道路。

后来,他读到一位农业化学家所著的《化学的学校》,这本教育杰作在他看来比他得到的什么东西都有价值,他尽情地品味书中的有趣实验,尽可能地动手去做,而他当时还没上过化学课哩。奥斯特瓦尔德还喜欢绘画、音乐和文学,多方面的兴趣分散了他的时间和精力,以致五年的课程他读了七年才算勉强毕业,但还需补习半年俄语。在这半年里,他边补习边做家教,教几个准备入中学的孩子,还用家教所得买了一台缝纫机孝敬母亲,乐得母亲合不拢嘴。

1872年1月,奥斯特瓦尔德根据自己的兴趣进入多帕特大学学习。在头一年半,他没有好好听课,而是忙于里加大学生联谊会的事务,组乐队、拉提琴、画风景画、参加社交活动,落下不少课程。后来才总算觉悟,凭自学补上了刷掉的课程,并在施密特教授的指导下学习化学,在厄廷根教授的指导下攻读物理,还找到一本斯涅尔的趣味教科书自学数学,进步很快,于1875年1月按期毕业,还发表了他的第一篇论文“论水在化学上的质量作用”。

大学毕业后,他成为厄廷根教授的助手,致力于通过物理测量研究化学亲和力,于1876年底以“关于亲和力的体积化学研究”通过硕士学位,于1878年底以“体积化学和光化学研究”获得博士学位,确立起自己在化学界的地位。1879年底受聘多帕特实科中学教授数学和科学,并作为施密特教授的助手继续其物理化学研究。

1882年初受聘里加工学院化学教授,开始“化学动力学研究”的系列工作,通过反应速率、电导率测量继续亲和力研究,期间他设计了一种简单有效、立即为许多实验室普遍采用的著名恒温器,考察了作为德国化学中心的莱比锡大学,出版了开创性的《普通化学概论》,先后拜访了瑞典年轻人阿伦尼乌斯和荷兰化学家范特霍夫,对他们的工作给予极大的肯定和支持,开启了三人的友谊和合作关系,并着手筹办《物理化学杂志》。 

1887年9月,奥斯特瓦尔德回归德国,出任莱比锡大学物理化学教授,成为德国也是世界化学史上第一个名符其实的物理化学教授,开始其学术生涯的黄金时期。在这里,他和范特霍夫共同创办了《物理化学杂志》(该刊的创刊标志着物理化学学科的正式诞生),团结吸引了一大批化学同行和青年学子,很快形成物理化学的莱比锡学派,并成为世界物理化学的教学和研究中心。

1888年他提出稀释定律和电离常数、溶度积概念,1891年提出酸碱指示剂理论,1892年提出热力学第二定律的奥斯特瓦尔德说法(第二类永动机不可能实现),1894年出版使分析化学教学发生革命的《分析化学基础》,1895年对催化和催化剂作出科学的解释,1898年出版《接触作用学说通史》,1902年出版《论催化作用》,他还将催化用于工业合成氨(1900)及由氨制硝酸(1906)。

此外,他还出版了工具书《实用物理化学测量手册》、教科书《无机化学大纲》、科普书《化学学校》和《科学的发展》、1100页的专业巨著《电化学:历史与理论》(奥斯特瓦尔德自认是他最好的一本书,却是他唯一未再版和未被翻译的书)、纪念碑式的《奥斯特瓦尔德精密科学的经典作家》丛书,发明了奥氏粘度计,发现了结晶过程的奥斯特瓦尔德规则和奥斯特瓦尔德熟化(陈化),等等。1909年由于催化及氨制硝酸方面的开创性工作荣获诺贝尔化学奖。 

1890年初夏他在热力学研究中顿悟,转向能量学和哲学研究,创立“唯能论”(1892),认为能量是宇宙唯一实体,物质是能量的表现形式,分子、原子和离子只是数学虚构,反对原子论,遭致玻耳兹曼、普朗克等人的激烈批评,被列宁讥为“伟大的化学家和渺小的哲学家”。他出版《自然哲学讲演录》《自然哲学概论》《能量》、《能量命令》《价值哲学》等,发布“能量命令”(利用能量,切勿浪费),给出“幸福公式”(H=k(E-W)(E+W):式中H表示幸福指数,E表示完成工作时花费的有用精力,W表示克服障碍时所耗费的情力,k是能量过程转化为心理过程的因子),探索天才心理,创造世界语Ido(伊多语)。

他宣讲“一元论”哲学,宣扬无神论思想,反对基督教伪科学教义,推动退出教会运动,与李卜克内西一起参加群众集会游行,被美国报纸骂作“恶魔之子”,被德国社会视为“赤色战士”。他宣传裁军,反对战争,抨击反犹太主义,推动创建国际化学联合会和欧洲联邦,积极参与国际和平运动,呼吁人们采取国际主义与和平主义以及系统规划保护自然资源与能源。他认为“节能”是每个人必须履行的责任,战争是“最坏的能源浪费”。有不少人认为,奥斯特瓦尔德应该获得诺贝尔和平奖。

由于兴趣转向,奥斯特瓦尔德于1906年夏天从莱比锡大学提前退休,此后作为“自由长矛骑士”和“实践的理想主义者”一直居住在莱比锡附近格罗斯伯登村他名之为“能量”的乡间宅第(后来成为奥斯特瓦尔德档案馆)。此时,他在分子实验事实面前,坦承自己的错误,重归原子论,但这并不妨碍他对能量学和唯能论的孜孜不倦的追求。

1910年后他致力于颜色学研究,创立与音阶对应的定量的和谐的奥斯特瓦尔德颜色理论和表色空间,使“颜色的世界从属于测量和数目的控制之下”,并于1920年出版专著《奥斯特瓦尔德色谱》。

奥斯特瓦尔德不愧是“高级万能博士”和“天才综合体”,他生命不息,思想不止,笔耕不缀,一生著书45部、论文500篇(一说著书77部、论文300多篇)、评论5000篇,创编杂志6种。1927年出版了三卷本1200页的文化史巨著《生命线・自传》(他把头两卷题献给德国青年、第三卷题献给德国人民),弥留之际还写下了他的最后一部著作《歌德・先知》(1932)。 

1932年4月4日一个星光闪烁的春夜,奥斯特瓦尔德在莱比锡去世,终年79岁。


科学小讲堂

物理化学( Physical Chemistry):是在物理和化学两大学科基础上发展起来的。它以丰富的化学现象和体系为对象,大量采纳物理学的理论成就与实验技术,探索、归纳和研究化学的基本规律和理论,构成化学科学的理论基础。物理化学的水平在相当大程度上反映了化学发展的深度。

随着科学的迅速发展和各门学科之间的相互渗透,物理化学与物理学、无机化学、有机化学在内容上存在着难以准确划分的界限,从而不断地产生新的分支学科,例如物理有机化学、生物物理化学、化学物理等。物理化学还与许多非化学的学科有着密切的联系,例如冶金学中的物理冶金实际上就是金属物理化学。


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