奥斯特瓦尔德

奥斯特瓦尔德,德意志帝国化学家。1853年9月2日出生于俄国拉脱维亚里加,1872年入爱沙尼亚多尔帕特大学学习,1878年获化学博士学位。1881年任里加工业大学化学教授。1887年任莱比锡大学物理化学教授,1898年兼物理化学研究所所长,1906年退休。于1909年获得诺贝尔化学奖金。 1932年4月4日卒于莱比锡。

奥斯特瓦尔德 - 个人简介

奥斯特瓦尔德是物理化学的创始人之一。主要从事化学动力学和催化方面的研究。在化学动力学方面,他1878年用容量方法和折射率研究一碱在两酸之间的分配。1887年测定了在稀溶液中用碱中和酸时发生的体积变化。1888年提出奥斯特瓦尔德稀释定律,最先将质量作用定律应用于电离上,在历史上起了重要作用。在催化方面,他1894年给催化和催化剂下了现代的定义,1902年指出:催化剂只能改变化学反应速率而不能影响化学平衡,它的催化作用是由于降低了活化能的缘故。1902年发明了由氨经过催化氧化制造硝酸的方法,后称奥斯特瓦尔德法。此外,他1894年提出奥斯特瓦尔德指示剂理论,最先对酸碱指示剂的变色机理给予解释。同年,建议将分析化学的反应看成是离子间的相互作用。奥斯特瓦尔德提出过错误的唯能论,后在事实面前修正了自己的观点。

奥斯特瓦尔德因研究催化作用、化学平衡条件和反应速率等方面的贡献而获1909年诺贝尔化学奖。1887年和J.H.范托夫共同创办《物理化学杂志》。著有《普通化学教程》 、《电化学》、《分析化学的基础》等书。

奥斯特瓦尔德 - 少年时代

1853年 9月2日,奥斯特瓦尔德出生于人物国统治下的拉脱维亚首府里加。他的双亲都是德国移民的后裔,父亲戈特弗里德.奥斯特瓦尔德是以制木桶为生的手艺人,曾在俄罗斯各地流浪,经受了种艰难困苦。在多年的漂泊生活中,他逐渐变得脾气暴躁,但意志坚强。他在实际生活中悟出,要想生活得好一些,一定要有知识,他自己文化水平不高,却一定要把孩子培养起来。

在离家不远的地方有一条小河,那是奥斯特瓦尔德和他的小朋友们游戏的场所。他的许多“科学研究”工作就是从这里开始的。奥斯特瓦尔德与自己的兄弟和几个好朋,一有空就到河边玩耍,河里的鱼儿、水草都是他们的“研究”对象,每天都会有新的发现。他们几乎考察河中的一切,每一个新的发现都会引起大家极大的兴趣和广泛的讨论,这个活动给他们带来了欢乐奥斯特瓦尔德对大自然的热爱就是从这里开始的。这一群小孩经常到河边玩耍,常常给家里惹下许多麻烦,因此老奥斯特瓦尔德有点不满,但是他并没有阻拦孩子们的活动。

少年时代的奥斯特瓦尔德精力充沛,有了探索科学的兴趣,便开始向各个能施展能力的地方发展。11岁时,他偶尔得到一本制作烟花的旧书,奥斯特瓦尔德立刻兴趣盎然地研究起来。原本想向老师请教一下书中的疑难问题,但是老师并没有解答他提出的问题。这样一来,他只好在无人指导下自己动手,试做出各种颜色的烟花。

他和自己的朋友开始收集各种有用的材料,他的父母也很支持这一行动。母亲把省下来的钱交给他,让他购买硝石、硫黄和能够产生种前面色的金属粉末,还把一些可以作实验用的器皿让他使用。制作烟花相当危险,特别是容易引起火灾。父亲再三考虑之后还是把地下室的一间屋子专门作实验室,供儿子制作烟花使用。父母的支持使奥斯特瓦尔德更有信心了。经过试验烟花终于飞上了天空。当奥斯特瓦尔德看着那五颜六色的烟火在夜空中飞舞时,他心里得到了极大的满足。他第一次感到了自己有能力、有力量去完成自己想做的事情。后来,奥斯特瓦尔德总结他克服困难,取得成绩的经验时说:“在一切困难面前,有一个原则是有用的:你想去做某一件事,但又没有十分所握,最好的办法就是坚定信心。”但是这样的经验是片面的,那些不符合客观规律的事情,你的信心再坚定也是要失败的。

烟花制作成功,大大地提高了奥斯特瓦尔德的兴趣,他开始考虑制作一枚火箭,但火箭的制作难度和危险程度就更大了。在犹豫一段时间以后,他还是按捺不住激动的心情,决定动手制作。在小伙伴的共同努力下,一枚象样的火箭制作成功了,但是还需要试验,到底在哪里发射呢?小伙伴们经过讨论,认为应当在囱管道里发射,这样可能不会造成伤害。实际上,他们认为这些防范措施不过是多余的谨慎,因为他们当中的任何一个人对这次实验的成功都没有多少信心。然而,火箭发射成功了,它在烟囱里直冲而上。

这一成功鼓舞了奥斯特瓦尔德,引发了他对化学实验的兴趣,在试验的过程中不仅训练了他实验化学的技能,更重要的是在实验的过程中悟出了一些书上没有讲的解决问题的途径和简便方法,这些活动使奥斯特瓦尔德一生受益匪浅。若干年后,他成为很知名的化学家了,由于他会吹玻璃,会木工和金工技术,尤其是善于为预定的目标设计和制造仪器设备,并灵活地装配和使用它们,所以总能达到所需要的实验结果。他的同事和学生无不为他超群和娴熟的实验技巧所折服。

从兴趣出发由此而深入钻研是奥斯特瓦尔德走向成功的捷径;从兴趣出发自由放任是奥斯特瓦尔德屡遭失败的根源在兴趣的驱使下,不久奥斯特瓦尔德又迷上了照像,当时摄影技术还在发展时期,虽然1868年已经发明了赛璐珞,但是工业生产赛璐珞胶卷还是1884年以后的事情。那时照像底板都得由摄影者自己制作,奥斯特瓦尔德就是根据当时已经发明的照像原理,自己动手制作了照像机底板和像纸。很多人都认为这不过是一时头脑发热,不会有什么结果,可奥斯特瓦尔德却出人地洗出了照片。令老师和家长倍感惊奇,大家都认为他是一个极聪明而又有才干的孩子。

这些有趣的活动锻炼了奥斯特瓦尔德解决问题的能力,也养成了他钻研问题的习惯,但是并没有促进他学业上的进步。本来是五年制的中学,奥斯特瓦尔德却花费了7年时间。一年级时,他还算可以,是个优等生,从二年级开始便成重读专业户了。广泛的兴趣和爱好命名学习反倒成了“业余”的事情。二年级时重读了半年,三年级把主要精力又投入到各种有趣的化学实验中去,结果其他功课受到很大影响,只好重读一年。四年级又重了半年。五年级虽然没有重读,但是毕业考试又遇到了更大的麻烦,俄语考试没有及格。虽然考试前与他要好的同学私下向他传授了蒙混过关的秘诀,但他却自以为是,并未采纳。在沙皇统治下的拉脱维亚,俄语考试是很重要的。虽然他得到了毕业证书,但是不能升入大学,必须再补习半年俄语,重新考试。可能是老师看奥斯特瓦尔德实在是过不了关,发了慈悲之心,才高抬贵手。考试前,他在老师指导下做翻译练习,十分“凑巧”的是,这些练习的最后部分正好就是考试中的题目,这样奥斯特瓦尔德总算有资格上大学了。

奥斯特瓦尔德 - 大学学习

1872年 1月,奥斯特瓦尔德进入多帕特大学学习。虽然有了中学的教训,上了大学之后,奥斯特瓦尔德仍然对自己很放纵。大学的学制为3年,共6个学期。第一个学期很快就过去了,他经常是在四重奏乐队里度过的,还参加了其他娱乐活动和各种讨论会。第二、第三个学期基本上也是这样过去的,他不经常去听课,即使去上课,也基本上是在课堂上睡觉。这样的学生是不会有什么好结果的。他的父亲也为此深感忧虑。

幸好奥斯特瓦尔德不是一个荒唐到底的年轻人,只是他太多的兴趣爱好使他不能把时间和精办集中起来。在困境面前他振作起来,通过自学和向老师请教,他的学业有了很大的进步。他申请参加第一部分候补学位的考试,这种考试通常有3部分。第四学期他通过了第一部分的考试。第六学期末,他通过了第二部分的考试,成功使他受到了巨大的鼓舞,他宣布要参加最后一部分考试。

在很多人听来,这似乎有点吹牛,因为离考试时间只有2个星期了,人们嘲笑这个不知天高地厚的年轻人有点狂。总而言之是根本不可能成功的。奥斯特瓦尔德的一切辩解人们都听不进去,因为谁都知道,在入学二年半的时间里,他从来没有认真学习过。被逼急了的奥斯特瓦尔德只得拿人格来担保,并且在考试结果上打了一箱子香槟酒的赌。

可是等第二天早上起来,奥斯特瓦尔德冷静下来了,他细细一想,也确实不容乐观。他想打退堂鼓了,但一想起众人对他的嘲笑,想起在众人面前信誓旦旦的赌咒,已经没有退路可走了。平心而论,面前困难是不少,但还没有努力就退下来,实不应该。奥斯特瓦尔德凭借着他的勇气和毅力以及极强的记忆力和自学能力,终于通过了第三部分的考试。1875年1月,奥斯特瓦尔德大学毕业了。

从兴趣出发由此而深入钻研是奥斯特瓦尔德走向成功的捷径;从兴趣出发自由放任是奥斯特瓦尔德屡遭失败的根源。在上中学和大学时就充分表现出来了,只是由于他的才能和坚强意志才得以过关。

奥斯特瓦尔德 - 黄金时代

1887年 奥斯特瓦尔德担任莱比锡大学化学系主任和教授,从此开始了他科学研究生涯的黄金时代,他在莱比锡大学的研究所也成了世界物理化学的研究中心。

奥斯特瓦尔德对化学史也很感兴趣,被化学界誉为“德意志的拉瓦锡”,这是由于拉瓦锡创立了定量化学的基础;而奥斯特瓦尔德则介绍了化学反应的物理-化学本性,指出每一种化学现象都可以用热力学来解释:“毫无疑问,能够用热力学和F·M·吉布斯方程来解决问题。”

奥斯特瓦尔德所著的《分析化学基础》一书,对分析化学下了精辟的定义:“分析化学是试验物质和它们组成的工艺、在化学科学的应用上扮演了重要的角色,因为它解决了许多技术问题。”书中描述了不同物质的分离和鉴定方法,以及如何使沉淀的颗粒长大,以便于洗涤和过滤。

奥斯特瓦尔德将质量作用定律应用于电解质的电离,并引入了离解常数概念。

奥斯特瓦尔德讨论了电解质之间的相互作用,提出在每一个反应中,总是形成最难离解的物质,于是他认为中和反应的结果生成水。他说:“如果把强酸加到弱酸盐中,生成的盐几乎是完全电离的。如果往弱酸盐溶液中加入强酸,阴离子将与氢离子结合形成弱酸。如果过量的醋酸钠加到盐酸中,不仅生成弱酸——醋酸,而且过量的醋酸钠会抑制醋酸的离解,如果往这种溶液中加入强酸,氢离子浓度的改变是很小的。”上述观点就是缓冲溶液和缓冲作用的理论。

奥斯特瓦尔德还提出了溶度积概念,他指出在电解质的饱和水溶液中存在着一种平衡,固体物质与溶液中未离解的物质达到平衡,然后再与离解的部分达成平衡。由于固体物质的浓度是恒定的,因此溶液中未离解物质的浓度也是恒定的。如果离解出来的离子浓度是a和b,未离解物质的浓度是c,那么:
ab=kc

在一定温度下,k是一个常数,所以kc和ab都是一个常数,因此,与溶液中固体物质达成平衡的离子浓度的乘积就是一个固定的值,被称为溶度积。

奥斯特瓦尔德对指示剂也有研究,他认为指示剂是一种弱酸,其他弱酸给出它们的氢离子,使指示剂改变颜色。酚酞的未电离的形式是无色的,它的离子是有色的;甲基橙的未电离的形式是红色的,它的离子是黄色的。在溶液中,甲基橙有一定程度的电离,所以显示出混合的颜色,当加入氢离子时,甲基橙的电离减弱,溶液变成红色。这些观点可以说是对指示剂变色作用的最早解释。

1901年 奥斯特瓦尔德发表了他的现代催化剂概念。这一概念建立在下列四方面实验的基础上:①过饱和溶液中结晶现象的催化作用;②均相体系的催化作用;③非均相体系的催化作用;④酶的催化作用。他提出:“催化现象的本质在于某些物质具有特别强烈的加速那些没有它们参加时进行得很慢的反应的性质。”;“任何物质,凡是不参加到化学反应的最终产物中去,只是改变这个反应的反应速率者,即称为催化剂。”他还指出催化剂只能加速反应平衡的到达,而不能改变平衡常数。

由于对催化作用的深入研究,奥斯特瓦尔德成功地使氨在铂上氧化转变成一氧化氮,为现代硝酸工业发展奠定了基础。

由于奥斯特瓦尔德在研究催化作用上的贡献,于1909年获诺贝尔化学奖。奥斯特瓦尔德与范霍夫共同创办了《物理化学杂志》,从此以后,物理化学这一分支学科开始形成和发展,因此后人常称奥斯特瓦尔德是“物理化学之父”。

奥斯特瓦尔德 - 电离理论

1882年 奥斯特瓦尔德担任里加大学化学教授,开始研究化学反应动力学,研究用酸作催化剂的乙酰胺的皂化反应和醚、甲基醋酸的水解反应,测定这些反应的反应速率。这些研究为1901年提出现代催化剂概念打下了基础。

1884年 后,阿累尼乌斯开始提出电离理论,他告诉奥斯特瓦尔德,溶液的导电性和奥斯特瓦尔德所研究的酸的亲和力具有一致性。于是,奥斯特瓦尔德利用阿累尼乌斯的电导法重新测定了酸的亲和力,发现电导法比密度法要好得多。实验的结果指出:对于一元强酸的溶液,随着溶液浓度的稀释,电导逐渐增大,当溶液无限稀释时,电导达到最大值。最后,奥斯特瓦尔德于1888年提出了稀释定律。

当年轻的阿累尼乌斯开始提出电解质的电离理论时,曾经遭到不少化学家的怀疑和反对。只有奥斯特瓦尔德和范霍夫积极支持这位年轻的学者。奥斯特瓦尔德到斯德哥尔摩与阿累尼乌斯会面,使这位年轻学者受到很大的鼓舞。奥斯特瓦尔德研究了醋酸甲酯的水解和蔗糖的转化,以无机酸和有机酸作催化剂,他把从电导测出的每种酸对盐酸的相对强度和每种酸对盐酸的相对催化速率,分别与醋酸甲酯的水解和蔗糖的转化对照,发现电导的比值、醋酸甲酯水解速率的比值和蔗糖转化速率的比值都近似地等于氢离子浓度的比值。从这一实验结果可以看出,电离理论把酸的催化作用解释得一清二楚。反过来,奥斯特瓦尔德的实验恰好是电离理论的有力的实验证明。

奥斯特瓦尔德在他所写的教科书里和在讲课时,都积极地传播电离理论,并指出如何应用这一理论来解释各类化学反应,例如分析化学中所用的一些反应。奥斯特瓦尔德有许多美国学生,因此电离理论也在美国传播开了。

奥斯特瓦尔德 - 个人功过

奥斯特瓦尔德的贡献是多方面的。1887—1906年,他担任莱比锡大学教授。他对瑞典化学家阿列纽斯弱电解质的理论进行了深入的研究,并且有所发展。他还从很多方面研究了催化过程,顺利地完成了命名氨氧化提取氧化氨的研究工作,为氨的合成创造了条件。这一成就使他得到世界科学界的高度评价,成为举世闻名的物理化学家。奥斯特百尔德是离子论的最早支持者,与阿累尼乌斯,范德霍夫合称“离子”三剑客。他在离子平稀原理基础上提出了酸碱指示剂理论现在一般分析化学的教课书中还采用这一理论。他还对催化过程作了研究,用催化剂使氮气和氢气在高温下合成了氨,又通过催化作用将氨氧化成硝酸,这在当时都是很了不起的成就。由于他在物理化学方面作出重要贡献,于1909年获得诺贝尔化学奖金。

奥斯特瓦尔德在其一生的科学研究中,也曾有过两次严重的错误。一是他创立了“唯能论”,反对唯物论。他认为“能量”是万物的本源。他说:“为什么钟能走动呢?这因为他们每星期要给钟上一次发条。可是等这发条松了,钟也就不走了,而发条照旧还在钟里呀。可见不是发条,而是藏在发条里的另一种东西使钟走个不停,这就是能量。”他的这种“唯能量”的观点,受到许多化学家的激烈批评,使他无法继续在大学里任教,1906年他辞去莱比锡大学教授的职务,到近郊别墅过起了隐居生活。列宁在《唯物主义和经验批判主义》一书中列举了很多例子来说明奥斯特瓦尔德唯能论在理论上是混乱的。列宁说他是“一个很有名的化学家,但也是很糊涂的哲学家。”二是第一次世界大战期间,德国由于军火生产逐渐不齐,德军一再挫败。德国皇家一再问计于奥斯特瓦尔德,他始终无动于衷,拒绝特殊的俸禄。后来德国的舆论界激励他:“生为日尔曼人,怎能眼看日耳曼民族被毁灭而不顾?”他迫不得已,提出用极易获得的氨来大量制造硝酸,藉以维持庞大的军火生产,使德军在战争末期又苟延残喘了一年多,铸成了他一生中的大错。

奥斯特瓦尔德 - 退休之后

奥斯特瓦尔德退休比较早,

于1906年从莱比锡大学退休,年仅五十二岁。退休以后,虽然曾经担任过哈佛大学客座教授,也从事过颜色理论的研究。但是,大部分时间是在风景优美的莱比锡附近的格罗斯伯登小村中过着隐居生活,并撰写自传。第一次世界大战后,奥斯特瓦德更加不问世事,在山村中潜心养性。1932年4月4日,奥斯特瓦尔德因病逝世,享年78岁。

奥斯特瓦尔德的第二个儿子C.W.W.奥斯特瓦尔德是胶体化学的创始人之一。1907年,他在莱比锡大学任教,二年之后到美国工作,1915年任加州大学伯克利分校胶体化学教授,1923年担任莱比锡物理-化学研究所化学部主任。C.W.W.奥斯特瓦尔德将胶体定义为多相分散体系,颗粒大小为1—100毫微米。他还发现胶体的光散射现象,发明了泡沫分析法法。

奥斯特瓦尔德 - 主要著作

1:《普通化学教程》

2:《电化学》

3:《分析化学的基础》

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