西奥多·威廉·理查兹


西奥多?威廉?理查兹是美国著名化学家,是美国第一个获诺贝尔化学奖的人。他被誉为“测定原子量专家”。1868年1月31日,出生于费城一个美术家庭,1885年去哈佛大学深造,在库克(D?P?Cooke)指导下学习工作,去德国进修期间,受迈耶尔(V?Meyer)测有机物分子量的启发,回哈佛后继续进行原子量测定工作。20岁时,获博士学位,是哈佛创立以来最年轻的博士。他不迷信权威,对以前的原子量提出质疑,他改进了测试方法,重新精确核定了60多种元素的原子量,并对铅的同位素进行了研究。他除了在哈佛任教外,还兼任吉布斯(WalcottGibbs)研究所所长,曾两次被选为美国化学会会长。他又是一个以善教著称的教授,培养了许多有名物理化学家。1928年4月2日,他在哈佛大学逝世,享年60岁。

西奥多·威廉·理查兹 - 生平简介

理查慈是美国著名化学家,是美国第一个获诺贝尔化学奖的人。他被誉为“测定原子量专家”。

1868年1月31日,理查慈出生在费城一个美术家庭,从小爱画画,但更迷恋天文和化学。

1885年去哈佛大学深造,在库克(D?P?Cooke)指导下学习工作,去德国进修期间,受迈耶尔(V?Meyer)测有机物分子量的启发,回哈佛后继续进行原子量测定工作。

1888年,获博士学位,是哈佛创立以来最年轻的博士。他不迷信权威,对以前的原子量提出质疑,他改进了测试方法,重新精确核定了60多种元素的原子量,并对铅的同位素进行了研究。他除了在哈佛任教外,还兼任吉布斯(WalcottGibbs)研究所所长,曾两次被选为美国化学会会长。他又是一个以善教著称的教授,培养了许多有名物理化学家,如L?J?享德森,G?N?路易斯等。

1911年获法拉第奖章。

1912年获吉布斯奖章。

1913年证实了同位素的存在,并进一步证实了放射性衰变理论。

1914年因精确测定大量化学元素的原子量,而获得诺贝尔化学奖。

1910年获戴维奖章。

1916年获富兰克林奖章。

1928年的4月2日,美国物理化学家西奥多?威廉?理查兹在马萨诸塞州剑桥与世长辞,享年60岁。

西奥多·威廉·理查兹 - 精确测定原子量

在库克教授指导下,理查兹在1888年完成了对氢氧原子量比的研究。所得氧原子量为15.869±0.0017(氢原子量为1)的精确数值,对前人的工作有所推进。在这项研究中,他要先精确称量球形玻璃容器中的纯净氢气,然后使之通过热的氧化铜定量完成反应,而后再称量生成的水。整个实验要求非常严格,对于一位研究生而言是比较困难的任务。这项研究的成功,是对理查兹超常的实验技巧的最初证明,他因这项成就受到大学的奖励赴欧洲留学一年。于1888年获博士学位,并在同年秋赴德国哥廷根大学师从维?迈耶(V.Meyer,1848-1897)及若纳什(P.Jannasch,1841-1912)等学习测定气体密度和定量分析。1889年上半年,他遍访德国、瑞士、法国和英国的重点研究中心,接触了化学前沿动态。

1889年秋回国后被哈佛大学任命为定量分析助教,开始了他的教学生涯。1895年奉派赴莱比锡及哥廷根大学奥斯特瓦尔德及能斯特实验室考察物理化学的新进展,回国后即在哈佛主讲物理化学,1901年晋升为教授。此后他曾担任化学系主任,主持吉布斯(Gibbs)实验室,担任荣誉职务等多年。

理查兹的学术贡献,首先应提及的是他和他的学生们在精确测定原子量方面的巨大成就。原子量是物理学和化学重要的基础数据,从1803年道尔顿发表第一张原子量表起(以氢原子量为1),近两个世纪以来,一代又一代的化学家为了更精确地测定原子量值进行了不懈的努力,其中以贝采里乌斯(1811-1826,以氧原子量为100)和斯塔(1860-1865,以氧原子量的1/16为基准)的工作最具代表性。他们以化学方法分析多种纯盐类的化学组成,测得某一元素的化合量,从而计算得出该元素的原子量。他们的工作分别代表了各自时代的精确水平。

在理查兹开始学术活动的时代,人们普遍认为原子量是元素的重要性质,既不能随意改变其数值,也不依从时间与空间,它是宇宙原始开端的无声证明,连元素周期律也是循原子量值的递增而编排的。理查兹认为“某一元素所具有的许多性质中,原子量是最确切、最精密的。所以人们在试图满足发现有关事物的基本性质的更多知识的愿望时,很自然要将原子量置于重要地位。”为此,他采用比前人更纯净的试剂和样品,以尽可能减少实验误差;并以更精确的方法进行元素的原子量研究,把测试的精确度提高到新水平。

1913年,英国化学家索迪(Soddy,1877-1956)提出同位素假说。雷查兹系统研究了普通铅及由铀蜕变生成的铀、铅(206Pb)及其化合物的许多理化性质,又收集了来自铀、钍等不同放射源蜕变生成的铅(206Pb,208Pb),分别测定其原子量,得出这两种化学性质相同的放射产物的原子量分别是206.02和207.94。这是Aston质谱仪发明(1919)前对同位素学说的最好的实验证明。

在这项属于纯物质的精确化学分析的工作中,理查兹较多采用了以银盐沉淀待测元素的卤化物求测其化合量的方法。如果将他的学生巴克斯特(G.P.Baxter,1876-1953)和霍尼希施米特(O.Hoenigschmid,1878-1945)后来的工作也包括在内,理查兹及哈佛学派共精确测定了55种元素的原子量。

他还对来自地球不同地区的铜、钡、钠和氯等元素的原子量进行了精确的研究,并比较了地球上及不同陨石中铁、镍、钴的原子量,以启示人们进一步认识宇宙物质的统一性。由于在精确测定原子量方面的重大成就,雷查兹获1914年诺贝尔化学奖,成为获此殊荣的第一位美国化学家。关于原子量研究这一课题,雷查兹在获诺贝尔奖时的讲演中说:“离完成并结束还很远很远,其未来展现出进一步探索的无尽前景……我们寄希望于更完善的研究手段和更深厚的化学知识,以使进一步的改进成为可能。”

西奥多·威廉·理查兹 - 精密量热学

他是精密量热学的先行学者,一生发表热化学论文约60篇。他先后研究过的课题有:不同浓度的盐酸,氢溴酸,氢碘酸,硝酸和锂、钠、钾、铯的硝酸盐、氯化物、氢氧化物等多种电解质溶液的稀释热和比热;锂、钠、钾的氢氧化物被上述强酸在不同稀释条件下中和时的中和热(1907-1922);锌、铝、镁、钙、铁等金属在酸中的溶解热(1922);以及水的汽化热,汞齐的稀释热,金属在汞中的溶解热等等。经30年奋斗,为热化学提供了大量精确的数据。

1902-1904年间,通过在低温下对10组电池反应的焓变(ΔH)和吉布斯自由能变化(ΔG)与温度关系的研究,发现随着温度降低ΔG和ΔH之值越接近。他又从反应物与生成物间热容量的差异着手解决这个问题,在温度为18℃条件下对这些电池进行了研究,得出下式:dA/dT=-MdU/dT式中:A为亥姆霍兹自由能;U为内能;T为绝对温度;M平均值为2。

在研究中,还得出这样的推论:随着温度的降低,dA与dU的值相互接近,趋近绝对零度时,二者随温度的变化率也趋近于零。G.N.Lewis说:“做出的曲线非常接近后来被具体化为热力学第三定律所概括的内容。”

西奥多·威廉·理查兹 - 电化学领域

理查兹在电化学领域所做的最值得称道的工作是对法拉第电解定律(1833年提出)的精确验证。他分别在不同溶液(硝酸银水溶液,硝酸银的硝酸钾与硝酸钠混合熔盐溶液)中,在很大的温差范围区间(25℃-250℃)电解硝酸银,精确地测定了银的沉积量和电量。结果表明:法拉第电解定律确实是最精确、最普遍的自然规律之一。

理查兹从1895年在莱比锡考察时起就很重视对汞齐的研究。他认为从不发生电解质解离的汞溶液的研究中,可以得到无法从其他途径取得的有关溶液的新知识。他对汞齐浓差电池电动势的测量精确到10-6伏,并先后研究了锌、镉、铊、铟、锡、铜、钠汞齐电池的电动势。

精益求精的科学精神。理查兹是一位心灵手巧、实验技术高超的实验化学家。他的整个学术生涯都在努力更精确地测试如原子量、表面张力、能量变化、热化学及电化学数据等基本自然常数及验证某些自然规律,以求对自然奥秘的更深入了解。他认为自然界表现的某些不均匀、不规律的异常现象,就像一个裂缝,由这里出发进行研究突破,就容易接近事物本质。

他对待课题精益求精,在他发表的约300篇论文中,往往一而再,再而三地重新校验前人(也包括自己)的结果,充分表现出他对科学事业不懈追求的精神。雷查兹在工作中总是持十分严谨的态度,每进行一项研究,他都要周密计划,通盘考虑。对试剂样品力求其纯,对反应则力求完全,对测试的每一细节都给予细心的审视。所以他的研究活动通常都能进行得比较顺利。

他在工作中做出了许多有针对性的发明,如:为确保灼烧过的待称重物的干燥而设计的装瓶器和为测定少量卤化银含量而设计的浊度计(1895);测定液体压缩率的压缩计(1904);设计出简便精确的银电量计、校准砝码的方法、重结晶时离心分离母液的方法等。他所设计的方法通常既精确又简便,能方便地解决实用问题。

雷查兹把自己从事精密化学研究的经验总结在《精密化学研究方法》一书中(1910)。他在书中简明地指出从事精密研究的人应遵循的方法和应注意的事项,强调尊重实际的极端重要性,认为人们不应满足于现有的试验方法和科学理论;对实验的每一步骤都应有问号,尽量避免每一种造成误差的可能性;并且要耐心再耐心,只有经过坚持不懈的努力才能取得最终的成果。

西奥多·威廉·理查兹 - 哈佛学派

从助教到教授到化学系主任,从定量分析到物理化学,雷查兹一生都任教于哈佛大学,是一位严格认真的教师。他要求自己的学生无论是实验工作还是思维活动都必须尽量准确。他以清晰悦耳、简洁而富有逻辑性的讲演吸引听课的学生,他们从他这里弄通化学的原理而进入化学殿堂,他关怀并充分了解每个学生学习和研究的进度,通常在实验室里巡视一遍就能一目了然,学生的缺点很难逃过他的慧眼,他那关切而又失望的眼神胜过了严厉的批评。当学生的实验结果重现性不佳时,他总要不吝精力地帮助查明原因。

在他的领导下,他的实验室是美国当时最活跃的研究中心之一,科研成果不断涌现。理查兹认为一个教师可以在向有才华的大学生们讲授重大化学课题时,从中得到激励。他善于抓住化学的主要原理及相关发现的发展史,使学生既得到了知识又掌握了思维方法。他对学生总是和蔼关怀,严格要求,指导鼓励,受到了学生的敬重与信赖。他身边聚集了一大批来自各地的有志青年,许多人后来成为卓有成就的化学家。

除前已提到的巴克斯特和霍尼希施米特外,亚当斯(R.Adams,1889~1971,伊利诺伊大学有机化学教授)、科南特(J.B.Conant,1893-1978)、丹尼尔斯(F.Daniels,1889-1972,威斯康辛大学教授,化学动力学)、汉德尔松(L.J.Henderson,1878-1942,哈佛大学教授,生物化学)、路易斯(G.N.Lewis,1875-1946)、维拉德(H.H.Willard,1881-1974,密西根大学分析化学教授)等人也出自他的门下,这些人都是美国在化学研究领域的骨干力量。他们中有的人指导培养过钱思亮、袁翰青、邢其毅、梁树权等不少中国化学家,也有些人的著述被中国大学用为教材,推动了中国现代化学的发展。

雷查兹对化学界的影响既深且远,不少学术团体吸收他为荣誉成员;牛津、剑桥、曼彻斯特、布拉格等不少大学授予他名誉学位;除诺贝尔奖外,他还获得过戴维奖章(英,1910)、法拉第奖章(英,1911)、吉布斯奖章(美,1912)、弗兰克林奖章(美,1916)、勒布兰克?拉瓦锡奖章(法,1922)等多项表彰。

雷查兹教授曾多次访问欧洲,与瑞利(J.W.Rayleigh,1842-1919)、奥斯特瓦尔德等许多同时代的著名化学家保持着深厚友谊与学术来往。1907年他作为费歇尔教授(E.Fischer,1852-1919)的客人在柏林大学做访问学者工作半年,讲授“精确理化测试的理论与实践”,给人以视野广阔、知识渊博、极具启发性的良好印象。作为杰出的科学事业的组织者和领导者,他被推选为法国科学院及美国科学院院士,国际原子量委员会委员,美国科学促进会主席(1917),并两度当选为美国化学会会长。1925年哈佛大学设立了以他的名字命名的教授职位。

西奥多·威廉·理查兹 - 幸福的家庭

理查兹有一个幸福的家庭,1896年他和一位哈佛大学教授的女儿结婚。他的夫人充分理解并全力支持他的事业,使他的家庭生活平静而温馨。他的三个子女中,长女是科南特教授的夫人,一个儿子继续他的事业在大学任教职,最小的一个学习建筑。

理查兹年幼时喜爱美术和音乐。在户外运动中他喜欢游艇活动,还有一段时间热心打网球,并且是高尔夫球的爱好者,终生乐此不疲。

理查兹具有谦虚朴实、彬彬有礼、慷慨无私、幽默随和等受人欢迎的品格,这些使他有巨大的人格力量并深受人们的爱戴,他的多方面兴趣使他交游广泛,他以朋友的成就为最大快乐,朋友们时常忆及他的热心帮助及他所具有的能在人们遇到困难的严峻时刻给人们以勇气的特殊能力。

西奥多·威廉·理查兹 - 成果荣誉

理查兹从1883年开始研究原子量的测定。他大大改进了重量法测定原子量的技术,发明了浊度计,引用了石英仪器等。他的试验极为精细,首先测定了氧的原子量,他仔细测定了不同来源的放射性矿物中铅的原子量,测得由铀衰变生成的铅的原子量是206.08,从钍衰变而来的铅的原子量是208,普通的铅的原子量是207.2。他除原子量之外,理查兹还研究了很多低温下的反应。然后重新测定了铜、钡、锶、钙、锌、镁、镍、钴、铁、银及碳和氮的原子量。他还最先发现同一个元素的原子量随来源不同而可能出现差异。他仔细测定了不同来源的放射性矿物中铅的原子量,测得由铀衰变生成的铅的原子量是206.08,从钍衰变而来的铅的原子量是208,普通的铅的原子量是207.2。由此于1913年证实了同位素的存在,并进一步证实了放射性衰变理论。1902-1904年间,通过在低温下对10组电池反应的焓变(ΔH)和吉布斯自由能变化(ΔG)与温度关系的研究,发现随着温度降低ΔG和ΔH之值越接近。他又从反应物与生成物间热容量的差异着手解决这个问题,在温度为18℃条件下对这些电池进行了研究,得出下式:dA/dT=-MdU/dT式中:A为亥姆霍兹自由能;U为内能;T为绝对温度;M平均值为2。

对法拉第电解定律(1833年提出)的精确验证。他分别在不同溶液(硝酸银水溶液,硝酸银的硝酸钾与硝酸钠混合熔盐溶液)中,在很大的温差范围区间(25℃-250℃)电解硝酸银,精确地测定了银的沉积量和电量。结果表明:法拉第电解定律确实是最精确、最普遍的自然规律之一。理查兹从1895年在莱比锡考察时起就很重视对汞齐的研究。他认为从不发生电解质解离的汞溶液的研究中,可以得到无法从其他途径取得的有关溶液的新知识。他对汞齐浓差电池电动势的测量精确到10-6伏,并先后研究了锌、镉、铊、铟、锡、铜、钠汞齐电池的电动势。他发表的约300篇论文中,往往一而再,再而三地重新校验前人(也包括自己)的结果,充分表现出他对科学事业不懈追求的精神。

雷查兹在工作中总是持十分严谨的态度,每进行一项研究,他都要周密计划,通盘考虑。对试剂样品力求其纯,对反应则力求完全,对测试的每一细节都给予细心的审视。所以他的研究活动通常都能进行得比较顺利。他在工作中做出了许多有针对性的发明,如:为确保灼烧过的待称重物的干燥而设计的装瓶器和为测定少量卤化银含量而设计的浊度计(1895);测定液体压缩率的压缩计(1904);设计出简便精确的银电量计、校准砝码的方法、重结晶时离心分离母液的方法等。他所设计的方法通常既精确又简便,能方便地解决实用问题。雷查兹把自己从事精密化学研究的经验总结在《精密化学研究方法》一书中(1910)。他在书中简明地指出从事精密研究的人应遵循的方法和应注意的事项,强调尊重实际的极端重要性,认为人们不应满足于现有的试验方法和科学理论;对实验的每一步骤都应有问号,尽量避免每一种造成误差的可能性;并且要耐心再耐心,只有经过坚持不懈的努力才能取得最终的成果。

先后研究过的课题有:不同浓度的盐酸,氢溴酸,氢碘酸,硝酸和锂、钠、钾、铯的硝酸盐、氯化物、氢氧化物等多种电解质溶液的稀释热和比热;锂、钠、钾的氢氧化物被上述强酸在不同稀释条件下中和时的中和热(1907-1922);锌、铝、镁、钙、铁等金属在酸中的溶解热(1922);以及水的汽化热,汞齐的稀释热,金属在汞中的溶解热等等。经30年奋斗,为热化学提供了大量精确的数据。理查兹还研究了很多低温下的反应,发现温度逐渐降低时,自由能(即吉布斯函数)变化ΔG和焓变ΔH趋于相等。

对化学界的影响既深且远,不少学术团体吸收他为荣誉成员;牛津、剑桥、曼彻斯特、布拉格等不少大学授予他名誉学位;除诺贝尔奖外,理查兹因精确测定大量化学元素的原子量而获1914年诺贝尔化学奖。1910年获戴维奖章,1911年获法拉第奖章,1912年获吉布斯奖章,1916年获富兰克林奖章。1922年获勒布兰克?拉瓦锡奖章等多项表彰。

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