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第5章 有机化学的提出(2)

这时他想到,如果能建立起家庭也许会好些。他似乎也感到需要家庭了。实际上,过去很多亲友都提醒过他,说人到晚年时仍只孤独一人将会太寂寞,度过这种无人安慰的生活将是难熬的。但是,当时贝采里乌斯由于已经完全沉湎于学术研究之中而丝毫听不进去。现在看来他们的忠告是正确的了。然而贝采里乌斯还未能下定决心。他征求了一位亲密老友的意见。朋友说:“当然不结婚也可以度过一生,但是没有妻子毕竟不能充分体验到人生的美满,不能全面享受到人生的幸福。现在还为时不晚,祝你能早日开始这种幸福的生活!”

于是贝采里乌斯下了决心,向他很熟悉的波比乌斯家的长女求了婚。结果他们顺利地建立了婚约,并于1835年12月举行了婚礼。新郎已是56岁。正在这个时候,瑞典的国王也授予他男爵称号的荣誉。

作为一个幸福之家的主人,他度过了13年的幸福生活。贝采里乌斯在1848年8月7日逝世。

贝采里乌斯所渡过的69年的岁月是充满奋斗精神的一生。作为一个化学家能够像他这样既广泛而又深刻地完成多方面重要工作的人是前所未有的。人们翻阅任何一部普通化学史的书籍,在人名索引中能够看到的最常出现的一个名字就是贝采里乌斯。这个名字,在化学家的名单中虽然不是最突出和最惹人注目的名字,不是用最华丽词藻赞美的名字,然而却是永远受到尊敬的不朽的名字,也是永远不可磨灭的光辉的名字。

他以超群的熟练实验技巧,巧思而机敏的头脑,细致而精密的操作,分析了许多化合物,确定了它们的组成,在验证和发展原子学说方面做出了重大贡献。这已无需多说了。

贝采里乌斯在研究物质的化学组成的基础上,他又研究了物质的化学结构理论,提出了著名的贝采里乌斯二元论。他认为,各种物质都是由带阳电荷的金属氧化物和带阴电荷的非金属氧化物结合而成的(拉瓦锡也提出过一种二元学说,但是和贝采里乌斯着眼于电荷这一点并不相同)。这种学说,在讨论无机盐类时看来很为适用,但是若扩大到有机化合物领域时就很困难,会出现许多破绽,陷于无能为力的境地。

然而,这个学说却是使化学和电学建立联系的开端。这是他同英国的戴维共同完成的光荣贡献。随着时间的推移,这一联系越来越紧密,以致不论在学术界还是在工业界都产生了数不尽的惊人成果。所以,这是一个在化学和电学之间起到了桥梁作用的学说。

在化学领域引进电学的贝采里乌斯,也促进了化学和矿物学的结合。他根据化学分析来认识矿物的组成,为矿物学提供了以化学为基础的正确分类方法,为其未来的发展提供了重要的指针和方向。

作为一种报偿,这些研究也促进贝采里乌斯能够发现了一些新的元素。例如他从瑞典产的一种矿石中发现了钍(1828年),还把当时认为是氧化物的硅、锆和钛等,第一次成功地分离为单质。他还是铈和硒的发现者。铈是当他在1803年的穷困时代和好友海辛格共同发现的,成了他当时唯一值得安慰和令人激动的褒奖。硒是他在1817年举办硫酸厂失败时,从硫磺矿石的焚矿炉的炉灰中发现的重要纪念物。

有机化学领域在当时还是一个尚无人开垦的辽阔的荒野,而贝采里乌斯却在这方面已经留下了宝贵的研究成果。

由于他对许多有机化合物进行了难度很大的分析工作,证明倍比定律也支配着这一领域。他还研究了葡萄酸,并从中导出了同分异构的学说,为研究复杂有机化合物组成提供了一条线索,等等,这些都是他的重要贡献。

后世学习过化学的学生都应该不会忘记贝采里乌斯,因为他是化学符号和化学方程式书写法的创始人。现今通用的化学符号(即各元素的拉丁名称,有时用希腊名称的字头,或者在字头后面再加一个明显的字)、化合物的符号和化学方程式的表示式都是由贝采里乌斯提出的。这些符号同古代的炼金家和近代的道尔顿的符号相比,不只是非常简明,而且还能表示出数量的含意(例如H2代表是1个氢分子,还代表分子的重量是2.016)。这样,人们就可以运用代数的方法,以一种方程式的形式来表示各种化学变化,并以化学方程式为基础来进行化学量的计算了。

还应该记得的是,贝采里乌斯还长期从事大量的写作活动。他著述的数卷化学教科书,成为化学教材的经典著作。此外,他每年还组织出版《物理和化学年报》。这份最有权威性的评论刊物只有像贝采里乌斯这样的科学巨人才可以主编。

最后,还有值得后人纪念的重大贡献,也是过去许多伟大化学家都未能做到的一点,那就是贝采里乌斯亲自指导和培养了一些有为的化学家,比较著名的人物首先可以提到的是米希尔里希,即同形异质定律的发现者。贝采里乌斯虽然谢绝了柏林大学的招聘,但在德国游历期间(作为报答)把很有培养前途的米希尔里希带回斯德哥尔摩的研究室,并在培养一两年之后,使他回到柏林担任了教授。此外,从德国来学习过的还有罗斯兄弟(Heinrich和GustavRose)、马格努斯(G.Magnus)、格梅林(C.G.Gmelin)和维勒(F.Wohler)等人。法国的杜隆也是到贝采里乌斯门下学习过的一个人。其中不论是哪一个人,都是当代很有名的人物,都是战斗在化学战场上的一员猛将。

贝采里乌斯,这位北欧的老化学家,他的名字像一颗北方之星那样受到了人们的敬仰。这颗星,宛如是在遥远北方天际夜空中闪烁光辉的北极星。尽管它没有天狼星那样亮,没有室女星那样美,也没有织女星那样高,然而却是一颗带领大星小星运动的核心。正是这样,人们也就可以把这位北欧的老化学家称为当时的“化学家的核心”。他曾经说过:“当今的化学是以氧为中心而运行的”。因此,我们也可以说,当时的整个化学家都是以贝采里乌斯为中心进行研究的。

要全面总结贝采里乌斯的功绩,我们必须纵观当时的整个化学领域。在化学这门学科形成的早期,几乎没有一个学说是贝采里乌斯未曾涉足过的。例如,作为形成化合物的众多单质体,没有一个不是由他最后确认的;他自己也发现了硅、硒、铈、钍等多种元素。他精湛的分析技术在当时是无与伦比的,他改进和创立了很多无机和有机化合物的分析法,发明了水浴、洗瓶、吹管、滤纸、干燥器和多种分析仪器。他制作的天平精密度已达到0.5毫克。关于贝采里乌斯的实验精确性当时有口皆碑。如一位莱比锡大学的教授曾写信给德国化学家李比希,批评贝氏对醋酸铅组成的测定有错误。李比希回信说:“如果有谁听说那位伟大的瑞典人在如此简单的研究中出现错误而不与我同样感到惊讶,恐怕是没有的!要想正确评价贝采里乌斯的权威性并敢大胆向他挑战,那么首先应具备相当的水平和资格。”

如前所述,在无机化学领域,他提出的电化二元论备受推崇;在有机化学领域他也作出了极为重要的贡献。他还发现了同分异构现象,并首先把催化现象命名为“催化作用”。同时他还是一位优秀的教育家,培养了维勒、E.米希尔里希等一大批杰出的化学家。但他的最大功绩则是为确立原子学说,进行了长期艰苦卓绝而成绩斐然的原子量测定工作,以及为解释无机物的形成而创立了电化二元论。仅此两项功绩,足使他在1810—1830年的20多年间高居世界化学权威的地位。

原子量是道尔顿原子学说的核心,也是一些化学基本定律的理论基础。因此原子量的测定工作不仅关系到原子论的成败,也涉及到一系列化学基本定律的确证。所以在19世纪上半叶,化学家们把测定各种元素的原子量作为化学发展中的一项基本建设,这是很有道理的。道尔顿虽然提出了测定原子量的任务,但他对复杂原子组成的假定缺乏科学依据,结果造成了他测定的原子量错误百出;阿伏伽德罗的分子假说又被冷落,使测定原子量的正确途径一时被堵塞。

但化学家们并没有就此却步,他们仍然努力地在黑暗中积极探索。贝采里乌斯成为这一工作的佼佼者,他在1810—1830年大约20年间,曾孜孜不倦地从事原子量的测定。在没有煤气和自来水的简陋实验室中,他和他的学生对两千多种化合物和矿石进行了分离、提纯和准确的分析。这一工作的艰巨和枯燥繁琐都是一般人难以承受的,但却为原子量的测定和论证其他化学理论,提供了极为丰富和准确的实验依据。贝采里乌斯虽然坚信原子学说,但却不满意又不盲从道尔顿关于化合物组成的假设,并通过自己的精确实验证明道尔顿提出的分析数据是很不准确的。他特别注意借鉴他人的科研成果作为自己判断化合物原子组成和测定原子量的依据。他认为盖·吕萨克气体简比定律是正确的,反映了客观实际,阐明了气体化合反应的某种内在联系;认为化合物AmBn中m和n之比应等于A和B两种气体单质反应时的体积最简比。这使他的原子量测定有了一定的客观依据,显然比道尔顿前进了一步。所以贝采里乌斯根据两体积氢气和一体积氧气化合生成两体积水蒸气的事实,确定了水是由两个氢原子和一个氧原子组成的(而道尔顿认为水的化学式为HO)。若以氢的原子量等于1作为基准,则很容易计算出氧的原子量为16(而道尔顿求算出的氧的原子量约为6)。正确确定氧的原子量,是原子量测定工作中的一项重大突破,因为当时绝大部分元素的原子量都是直接或间接地根据其氧化物的分析结果而确定的。而道尔顿由于把氧的原子量确定错了,势必造成一连串的错误。

鉴于氧的化合物在自然界中普遍存在,贝采里乌斯决定以氧的原子量等于100作为原子量基准,这一改革为原子量测定提供了方便条件。1818年,贝采里乌斯的学生米希尔里希(E.E.Mitscherlich,1794—1863年)年通过对一系列化合物的晶体研究发现了同晶现象,提出了同晶定律:即若两种晶体的晶形相同,则两种化合物中的原子组成和格局也大致相同。贝采里乌斯立即意识到这一定律的重要意义,很快将其作为确定原子量的重要依据,用于测定和修正某些元素的原子量。如他们根据铬酸盐与硫酸盐同晶的事实,“硫酸”既已确定为SO3(即现在所说的硫酸的酸酐),则“铬酸”也应为CrO3。已知氧化铬的化学式为Cr2O3;又因为氧化铬与氧化铁、氧化铝同晶,于是就把原来规定的FeO3、AlO3都修正为Fe2O3和Al2O3。这样原来确定的铁和铝的原子量也应减半。1819年,法国化学家杜隆(P.L.Dulong,1785—1838年)和培蒂(A.T.Petit,1791—1820年)发现单质固体的比热与其原子量的乘积约为常数,据此提出了原子热容定律。不久,贝采里乌斯又利用这一定律修正了不少元素的原子量,特别是对那些原子量与实际值相差几倍的元素。同时,贝采里乌斯还根据自己多年经验得到的大量感性知识,机智巧妙地采用类推等各种方法确定化合物的组成,真是为原子量的测定和原子学说的确立费尽心机、不辞劳苦。从1814—1826年间,贝采里乌斯陆续发表了三张原子量表,测定元素的数目由41种增加到50多种,分析数据一次比一次丰富和精确。其中大多数元素原子量若以12C=12为标准,都已非常接近现代值。这在当时的条件下是何等不容易!贝采里乌斯的艰苦卓绝的工作和成就受到了人们的赞赏和推崇是理所当然的。

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