一個新學(xué)說的提出
1799年,意大利物理學(xué)家伏特(A.Volta,1745-1827)發(fā)明了電池以后,化學(xué)家戴維(Davy,1778-1829)、法拉第(Faraday,1791-1867)、格羅特斯(Grotthuss,1785-1822)、希托夫(Hittorf,1824-1914)、拉烏爾(Raoult,1830-1901)和克勞胥斯(Clausius,1822-1888)等人就陸續(xù)開展了電化學(xué)和溶液理論的研究,并取得了不少重要成果。但是,對于溶液中電解質(zhì)性質(zhì)的認識,主導(dǎo)的看法卻仍然是認為只有在外界電流的作用下電解質(zhì)才可能離解為帶電的離子。這樣就還未能揭示出電解質(zhì)溶液的本質(zhì),阻礙著化學(xué)的發(fā)展。
1882年,年僅32歲的青年學(xué)者阿份紐斯,在前人成果的基礎(chǔ)上進行了溶液導(dǎo)電性的研究。他在實驗中發(fā)現(xiàn),氨氣本身雖然并不導(dǎo)電,然而其水溶液卻可導(dǎo)電,而且溶液越稀,導(dǎo)電性越強。1883年,他對這一現(xiàn)象進行了深入的理論分析。他認識到,要想得到解釋,就必須打破流行的傳統(tǒng)觀念,假定溶液中的電解質(zhì)在無外界電流的作用下,就可以存在兩種形態(tài),即非活性(分子)態(tài)和活性(離子)態(tài)。當(dāng)溶液稀釋時就可以使前者更多地轉(zhuǎn)化為后者,從而使導(dǎo)電度增強。他并依引撰寫出科學(xué)論文,準(zhǔn)備進行博士學(xué)位的答辯。1884年,他在此基礎(chǔ)上發(fā)表了題為《電解質(zhì)的導(dǎo)電性研究》的論文,公開提出了電離學(xué)說。
不久,新學(xué)說就進一步得到了許多科學(xué)實驗的證實。1886年,著名德國化學(xué)家奧斯特瓦爾德(Ostwald,1853-1932)在研究酸的催化作用中發(fā)現(xiàn),酯的水解速度和蔗糖的轉(zhuǎn)化速度,都取決于酸解離后生成的氫離子的濃度,證實了酸是發(fā)生了電離。同年,著名荷蘭化學(xué)家范霍夫(VantHoff)在研究電解質(zhì)溶液的滲透壓(P)時發(fā)現(xiàn),實際測出的P值總要比理論(依公式PV=PT)計算出的P值高很多,需要附加上一個系數(shù)(I)進行校正(使公式成為PV=Irt)由于P值的高低系取決于溶液中溶質(zhì)的微粒數(shù)目的多少,因此,P值的增高就是微粒數(shù)目增多的表現(xiàn),是電解質(zhì)電離成更多離子的證明。此外,阿倫紐斯又從溶液的導(dǎo)電率、滲透壓和冰點降低等不同側(cè)面對I值進行了精確有測定,驚人的發(fā)現(xiàn)都是一致的。這說明此類不同側(cè)面的現(xiàn)象原來都是同一的電離過程的種種表現(xiàn)。因此,I的存在正是對電離學(xué)說的一個定量的、更有力的證明。這樣,電離學(xué)說就從一個科學(xué)假說提升為一個精密的定量的科學(xué)理論。對此,阿倫紐斯在1887提又發(fā)表了題為《關(guān)于溶質(zhì)在水中的離解》的論文,其中引用了更為精確的實驗結(jié)果,并以“電離”和“電離度”等明確的概念代替了“活化”和“活化系數(shù)”等不大明確的概念,對電離學(xué)說進行了比較全、系統(tǒng)和深入的闡述和論證。至此,一個具有科學(xué)創(chuàng)見的新學(xué)說終于最后形成了。
傳統(tǒng)偏見勢力的發(fā)難
阿倫紐斯學(xué)說用嶄新的思想揭示了電解質(zhì)溶液的本性,破除了當(dāng)時流行的權(quán)威理論的束縛,這使它從一向世起就遭到了以一些化學(xué)權(quán)威為代表的傳統(tǒng)偏見勢力的發(fā)難。
1883年,阿倫紐斯把新學(xué)說的思想?yún)R報給了母校瑞典烏普薩拉大學(xué)的克列維(Cleve,1840-1905)教授這位化學(xué)家曾因發(fā)現(xiàn)狄(Ho)等稀土元素而聞名于世,同時在地質(zhì)學(xué)和植物學(xué)的研究上也有很高造詣。阿倫紐斯熱切期望能得到他的支持和幫助。然而沒有想到他在聽了以后,卻毫不掩飾地大加嘲諷說,阿倫紐斯的想法“純粹是胡說八道”,是把“鼻子伸進不該去的地方”了。阿倫紐斯后來回憶說,他是“讓我明白,要他再細聽這種滑稽可笑的議論,就要降低他的身價了”。
1884年,阿倫紐斯在烏普薩拉大學(xué)博士學(xué)位答辯會上宣讀了論文后,教授們“個個怒不可遏”,覺得難以容忍這種“荒謬絕倫”的想法,認為“純粹是空想”?肆芯S說,“我不能想象,比如,氯化鉀怎么會在水中分解為離子。鉀在溶液中能獨立存在嗎?任何一個小學(xué)生都知道,鉀遇水就產(chǎn)生強烈反應(yīng),同時形成氫氧化鉀和氫氣;氯的水溶液是淡綠色的,又有劇毒?墒锹然浀乃芤簠s是無色的,完全無毒”。他們認為,這些事實似乎就充分“證明”電離學(xué)說是一種“無稽之談”了。新學(xué)說在烏普薩拉大學(xué)遭到了幾乎所有化學(xué)家和物理學(xué)家的冷遇。然而實際上正是這些專家們自己未能分清原子和離子的本質(zhì)區(qū)別而犯了錯誤。
對電離學(xué)說的責(zé)難并不止此。當(dāng)阿倫紐斯論文公開發(fā)表以后,就遭致了更大規(guī)模和更加猛烈的攻擊。英、德、法、俄等許多國家的化學(xué)家,其中包括一些在聲望上遠遠超過克列維教授的著名化學(xué)家,都群起而攻之,形成了一條國際化學(xué)界的反對陣線。為首的就是大名鼎鼎的、以發(fā)現(xiàn)元素周期律而享有極高盛譽的俄國化學(xué)家門捷列夫,此外還有以研究溶液理論著稱的英國化學(xué)家阿姆斯特朗(Armstrong,1848-1837),以發(fā)明溶液滲透膜聞名的法國化學(xué)家特勞貝(Traube,1826-1894),以研究溶液電動現(xiàn)象受到德國人民尊敬的德國化學(xué)家魏德曼(Wiedemann),以建立“溶液蒸汽張力”定律知名的俄國化學(xué)家柯諾瓦洛夫(KohobaЛob,1856-1929),以及化學(xué)家皮可林(Pikering)和別凱托夫(Бeketob)等等。他們認為,由于電離學(xué)說違背了戴維和法拉第所建立的經(jīng)典的電化學(xué)理論,因而是“奇談怪論”,“不值一提”,遲早會被推翻。對此,門捷列夫預(yù)言說,“這個假說隨著時間的轉(zhuǎn)移將占有如燃素論所早已占有的那種地位”而必將失敗。它像燃素學(xué)說一樣,雖然也“曾有過不少熱心的捍衛(wèi)者”,然而卻是在“捍衛(wèi)一種不正確的假說”。電離學(xué)說受到了傳統(tǒng)偏見的暴風(fēng)雨般的打擊,嚴(yán)重地影響了這一新學(xué)說的確立和傳播。
離子主義者聯(lián)盟的最終勝利
年輕的阿倫紐斯在化學(xué)權(quán)威們的攻擊面前并沒有表現(xiàn)怯懦、動搖和喪失信心。他堅信自己從科學(xué)實驗中概括出來的學(xué)說是正確的,并決心為捍衛(wèi)科學(xué)的真理而進行一場不屈的斗爭。正如化學(xué)家帕爾美(Palmaer)評價他時所說,“他那真正瑞典人的性格——特別好斗,然而又溫厚,并同那有聲有色的幽默相結(jié)合,就使他能夠在戰(zhàn)斗時很好地認清事態(tài)”。他勇敢地投入了斗爭。為了尋求知音者的支持,他在那次論文答辯后的第二天,就把論文分別寄給了另外幾位著名的化學(xué)家奧斯特瓦爾德、范霍夫、克勞胥斯和梅耶爾(Meyer,1814-1878)等人,征求他們的意見。這些化學(xué)家同門捷列夫等人的保守態(tài)度相反,都給予了積極肯定。特別是奧斯特瓦爾德頗感興趣,還不遠千里親自來烏普薩拉同他一起討論。范霍夫也很重視新學(xué)說,稱贊它是“物理化學(xué)史上的一次革命”。這樣,阿倫紐斯、奧斯特瓦爾德和范霍夫等三人就組成了一個鞏固的“離子主義者聯(lián)盟”,團結(jié)一致,共同向保守勢力展開了斗爭。他們的人數(shù)雖然不多,然而卻掌握著可靠的事實,被譽為是一支“能征善戰(zhàn)”和不斷取得勝利的“離子學(xué)家的奇軍”。斗爭的不斷勝利,使阿倫紐斯深受鼓舞。他說,自己能夠“經(jīng)歷并直接參加如此蓬勃的科學(xué)發(fā)展,乃是一種唯有幻想才能及的最大幸福”。
但是,舊思想在一些化學(xué)家的頭腦中還是根深蒂固的。許多化學(xué)家仍然在報刊和雜志及學(xué)術(shù)會議上不斷攻擊電離學(xué)說,“告誡”青年千萬不要醉心于那種狂妄的荒謬的新學(xué)說。阿倫紐斯不得不寫出一篇篇文章進行批駁。他同奧斯特瓦爾德和范霍夫等人一起回答了諸如電解質(zhì)電離的能量來源,電荷相反的離子未成對結(jié)合的原因,親和力強的電解質(zhì)反而易電離的道理等一系列具體問題,進一步提高了電離學(xué)說的說服力。1889年門捷列夫又發(fā)表了《溶質(zhì)離解簡論》,對電離理論進行了再次抨擊。阿倫紐斯則立即予以回擊,強調(diào)指出,雖然門捷列夫的觀點得到了許多著名化學(xué)家的支持,但是也“不能同意這位偉大的俄國化學(xué)家的見解”,因為他“忽視了構(gòu)成離解理論的那種東西的主要部分”,沒有看到“大量的物理化學(xué)問題都是靠了滲透壓和電離理論才得到解決的”。
經(jīng)過了反復(fù)和艱苦的斗爭以后,電離學(xué)說逐漸贏得了越來越多科學(xué)家的承認。著名德國物事學(xué)家普朗克(Plank,1858-1947)以他嚴(yán)謹?shù)臒崃W(xué)觀點給予了有力支持。著名奧地利物理學(xué)家玻爾茲曼(Boltzmann,1844-1906)和著名荷蘭物理學(xué)家范德華(VanderWaals,1837-1923)等人也都積極肯定。電離學(xué)說提供的大量科學(xué)事實已經(jīng)是無可非議和無可辯駁的了。這樣,電離學(xué)說終于征服了一個個艱難險阻,取得了最后勝利,促進了化學(xué)進展。
電離學(xué)說的確立,消除了電解質(zhì)溶液滲透壓反常的矛盾,解釋了酸的催化作用機理,揭示了酸的氫離子的共同本質(zhì),建立了原子和電子的聯(lián)系,并為價電子理論的形成提供了前提。它闡明了溶液電導(dǎo)和冰點降低等一系列物理化學(xué)現(xiàn)象的實質(zhì),并奠定了做為“離子科學(xué)部門”的分析化學(xué)的理論基礎(chǔ),使其從一種操作技藝提升為一門科學(xué)。此外,它還指導(dǎo)了所有溶液化學(xué)反應(yīng)(也是大多數(shù)化學(xué)反應(yīng))的研究。它的確立,無愧是繼原子論、分子論和元素周期律之后,在化學(xué)發(fā)展中取得的又一重大理論成果。
電離學(xué)說的作用還遠遠超過了化學(xué)學(xué)科本身的界限。它進一步溝通了化學(xué)和物理學(xué)的聯(lián)系,促進了物理學(xué)的發(fā)展。它還有力地指導(dǎo)了制堿制氯、熔鹽電解和有色冶金等生產(chǎn)實踐,使化學(xué)工業(yè)和冶金工業(yè)取得了重大進展。它“被證明在現(xiàn)代科學(xué)一切部門中都舊適用而有益的”。因此,有的科學(xué)史家把電離學(xué)說視為19世紀(jì)科學(xué)發(fā)展中的“最大總結(jié)之一”是并不過分的。阿倫紐斯作為電離學(xué)說的創(chuàng)建者獲得了一系列崇高的榮譽。1901年當(dāng)選為瑞典皇家科學(xué)院院士。1903年榮獲英國皇家學(xué)會的戴維勛章。同年,又榮獲諾貝爾化學(xué)獎的獲得者。1905年至1927年間榮任諾貝爾物理學(xué)和化學(xué)研究所的理事長,直到逝世。這些榮譽,正是他和他的“離子主義者聯(lián)盟”在捍衛(wèi)科學(xué)真理的斗爭中所取得勝利的標(biāo)志。