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第13章 空间分子结构的提出(2)

第二年的春天,期望的反响终于到来了。他的名字开始在学术界中流传了起来。两年前,他的论文在德国被译出,并由维尔次堡大学的威利森努斯教授写了热情赞扬的译序。序言中说:“这是开辟了一个无限广阔化学新天地的创举。”但是也有人冷嘲热讽或提出了强烈的批判。如有人说:“为妄想所欺骗的和玩弄空论而使化学陷入歧途的人,近50年来已经无影无踪了,此后才使以实验为基础的、在正确道路上前进着的化学有了今天。然而未料到的是在近年来却又有人宣传做梦,企图骚扰神圣的学术界。所谓的那个‘空间化学’不就是这样的东西吗?”这同过去有人谩骂门捷列夫周期律的发现是无稽之谈的语调是十分相似的。这个批判是来自莱比锡大学的柯尔贝教授。他还进一步讽刺地说:“据说作者是某兽医学校的教师。在兽医学校里可能有优良种马,应该从中挑选出一匹能够腾空的飞马,骑上它飞向帕那萨斯山去吧,在那里就可以自由自在地研究‘空间化学’了。”柯尔贝还说:“这样梦想的理论本来是不屑一顾的,只是因为那位名叫威利森努斯的教授却倍加赞赏,这样我就不能不发表一点意见了。”

这样,化学就像出现了新天地一样,以范霍夫的立体学说为基础创建了立体化学新分支。这一研究范围已不只局限于纯化学,同时还广泛涉及到了物理化学、光学、医化学、生理学和发酵化学等领域,而且还在向着原子结构的理论方面发展着。

巴黎大学的勒贝尔让我们再回到1874年。当范霍夫的论文——《空间的分子结构》发表了两个月以后,巴黎的《化学会志》的11月号刊载了题目为“有机化合物的结构和旋光性的关系”的论文。要点与范霍夫的论文相同,同时也只有10页半的篇幅,在内容的简明程度上也是相似的。作者是谁呢?不是别人正是勒贝尔。就是范霍夫五个月前在巴黎告别的那位勒贝尔。当然,在巴黎时两人虽然对这个问题丝毫也没有交换过意见。不料却在两人的头脑里都分别酝酿着相同的观点。

如果一定要找出两人论文的不同点的话,那就是范霍夫是作为波恩学派的一员,从凯库勒的结构论出发来阐述的,而勒贝尔因在巴黎学习,所以是从巴斯德的研究开始的。因此,范霍夫能够比较深入地接触到化学的实质,这就便于随着化学的进步而进一步发展。除这一点之外,在发表的时间上也有两个月的差别。所以,在评论立体化学的创建和贡献时,一般是把范霍夫列在勒贝尔的前面,也时常用范霍夫的名字为代表。

范霍夫的贡献和荣誉从1877年范霍夫一朝成名的那年开始,就担任了阿姆斯特丹大学的讲师,翌年就任教授。虽然这里的实验室很狭小,设备也很简陋,自己的教学负担又相当繁重,但是范霍夫还是克服了许多困难,在这里坚持工作达18年之久。

在这18年之间,他发表了几篇杰作。1884年出版了巨著《化学动力学的研究》。在范霍夫以前虽然也曾有人把热力学应用到化学上讨论过化学平衡,或者运用数学研究过反应速度,但是从未有过像他这样系统地结合许多实验事例来进行讨论和研究。这部著作对于将来必须运用物理学和数学来探索和研究化学理论提供了准备条件和奠定了基础。从这一点来说,这部著作的完成,在理论化学上是空前的,因而一直作为一部经典著作而受到重视。

第二年,他又发表了稀薄溶液的论文。他从渗透压的实测值中发现,渗透压原理是同气体压力原理完全一致的。这说明物质溶解于液体正如气体扩散于空间一样。此外还证明了多数的气体定律也能照样地完全适用于溶液。把最为一般的化学反应的两种形式,即把气态反应和液态反应两者密切联系起来的工作本身,就是理论化学上的一大进步。这个贡献就使范霍夫的名字一跃成为仅次于阿佛加德罗的地位了。

不管是稀薄溶液理论,还是上述的化学动力学的研究,都是以气体运动的理论为基础,并运用热力学理论成功地加以解决的。范霍夫的高超才能,是来自于他个人的数学素养和聪明才智。总之,范霍夫在化学舞台上卓越地完成了他的历史使命。

但是,他所提出的溶液理论,还需要根据不同溶液的具体情况加以补正。也就是说,这还不是能够完全适用于一般场合的定律。至于为什么需要进行补正?这个问题范霍夫并未能解决,而是转让给阿累尼乌斯了。

当时,范霍夫以理论化学界的开创者身份和地位,大名鼎鼎,风靡各地,给阿姆斯特丹大学带来了荣誉,同时也成了荷兰科学学术界的骄傲。很自然地莱比锡大学也提出了聘请。请范霍夫接替古斯塔夫·魏德曼(Gustav Wiedemann,1826—1899年)承担物理化学的讲座。但未获得应允。后来,又有柏林大学和其他几个大学也相继以优厚的待遇来聘请,也均遭谢绝。只是在最后终因盛情难却,才在1896年不得不接受了柏林大学以空前的厚遇——每周只授课一次并赠送专用的研究所的条件,聘他担任了柏林大学的名誉教授。翻阅荷兰的科学史可以看到,200年前著名的荷兰物理学家惠更斯,也曾经由于柯贝尔的恳求而应聘到巴黎。这是类似的历史事件的又一次重演。

范霍夫(右坐者)与美国化学会的创始人之一克拉克(左坐者)在一起范霍夫在阿姆斯特丹时,因为研究工作和其他事务的负担过重,身心很累,直至到了需要休养的程度。这是到了柏林之后才成为一个自由的研究者。他在柏林西郊的维尔马斯德洛夫研究所里,同他的忠实助手,同时也是亲密的朋友迈尔霍弗(Wilhelm Meyerhoffer,1863—1906年)一起,开展了对物理化学问题的研究,特别是关于斯特拉斯堡盐积层的平衡理论的研究、植物体内的酵素作用力学的研究等。有时由于应邀去做学术讲演、参加学术会议和度假休养等,还常到欧洲各地和北美去旅行,以此来迎送着安静的岁月。

范霍夫生来就不很健壮的身体,到晚年时又患了肺病,终于迫使这位化学奇才离开了人间。时间是1911年3月1日,时年59岁。

同许多伟大的化学家相比,59岁的生涯并不算是长寿,从其所做出贡献的数量和范围来说,或以伟大的化学家的标准来衡量,虽然不能说是非常突出,但是就他的成就所取得的划时代的意义这一点来说,他的一个又一个的贡献都是光辉灿烂的。实际上,范霍夫的贡献中多是别人所难以完成的(比如勒贝尔虽然也研究了立体化学,但是能否像范霍夫那样建立起立体化学的较为完整体系则是个疑问),想到这一点就更感到值得敬佩。此外,从具有远大理想的化学家才做出这样独创的贡献来看,也是值得受人尊敬的。

从1858年价键学说的建立,到1916年价键的电子理论的引入,是经典有机化学时期。

1858年,德国化学家凯库勒和英国化学家库珀等提出价键的概念,并第一次用短划“-”表示“键”。他们认为有机化合物分子是由其组成的原子通过键结合而成的。由于在所有已知的化合物中,一个氢原子只能与一个别的元素的原子结合,氢就选作价的单位。一种元素的价数就是能够与这种元素的一个原子结合的氢原子的个数。凯库勒还提出,在一个分子中碳原子之间可以互相结合这一重要的概念。

1848年巴斯德分离到两种酒石酸结晶,一种半面晶向左,一种半面晶向右。前者能使平面偏振光向左旋转,后者则使之向右旋转,角度相同。在对乳酸的研究中也遇到类似现象。为此,1874年法国化学家柯贝尔和荷兰化学家范霍夫分别提出一个新的概念,圆满地解释了这种异构现象。

他们认为:分子是个三维实体,碳的四个价键在空间是对称的,分别指向一个正四面体的四个顶点,碳原子则位于正四面体的中心。当碳原子与四个不同的原子或基团连接时,就产生一对异构体,它们互为实物和镜像,或左手和右手的手性关系,这一对化合物互为旋光异构体。柯贝尔和范霍夫的学说,是有机化学中立体化学的基础。

1900年第一个自由基,三苯甲基自由基被发现,这是个长寿命的自由基。不稳定自由基的存在也于1929年得到了证实。

在这个时期,有机化合物在结构测定以及反应和分类方面都取得很大进展。但价键只是化学家从实践经验得出的一种概念,价键的本质尚未解决。

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