斯凡特·奧古斯特·阿倫尼烏斯

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更新時間: 2013-09-16

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斯凡特·奧古斯特·阿倫尼烏斯(Svante August Arrhenius)(1859年2月19日-1927年10月2日),瑞典化學家。提出了電解質在水溶液中電離的阿倫尼烏斯理論,研究了溫度對化學反應速率的影響,得出阿倫尼烏斯方程。由於在物理化學方面的傑出貢獻,被授予1903年諾貝爾化學獎。

斯凡特·奧古斯特·阿倫尼烏斯 -生平概述
斯凡特·奧古斯特·阿倫尼烏斯斯凡特·奧古斯特·阿倫尼烏斯

阿倫尼烏斯出生於瑞典烏普薩拉附近的威克,從小就喜歡數學,8歲進入教會學校,充分表現出在數學和物理上的天賦。1876年從學校畢業,進入烏普薩拉大學。在大學中,阿倫尼烏斯對於當時的物理和化學教學不滿。1881年他進入斯德哥爾摩的瑞典科學院物理研究所工作,主要方向是電解質的導電性。

在這一階段,阿倫尼烏斯進行了大量實驗和理論思考,於1884年向烏普薩拉大學提交了150頁的博士畢業論文,其中基本提出了阿倫尼烏斯理論,很多概念至今仍在沿用,這些工作後來也為他獲得了諾貝爾化學獎。但當時負責評審的教授只給了他勉強通過的分數。阿倫尼烏斯將文章寄給了當時物理化學研究的領袖人物,如倫道夫·克勞修斯、威廉·奧斯特瓦爾德與雅格布斯·范特霍夫,得到很高評價。

隨後阿倫尼烏斯得到了一筆旅行資金,使得他可以到奧斯特瓦爾德、玻爾茲曼以及范特霍夫研究組進行短期研究。通過與這些科學家的交流,阿倫尼烏斯開始對化學反應速率問題進行研究。他通過提出了活化能概念對化學反應常常需要吸熱才能發生這一現象給出了解釋,並給出了描述溫度活化能反應速率常數關係的阿倫尼烏斯方程。

1891年他回到瑞典,在皇家理工學院工作。1903年被授予諾貝爾化學獎。1905年諾貝爾物理研究所建立,阿倫尼烏斯一直擔任所長到1927年退休。這一階段他主要從事天體物理研究。1927年因腸炎去世,葬於烏普薩拉。 

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斯凡特·奧古斯特·阿倫尼烏斯 -個人簡歷

1859年2月19日生於烏普薩拉的知識分子家庭,從小受到良好教育。

1876年考入烏魯薩拉大學化學系。

1878年大學畢業后留校。不久到斯德哥爾摩準備博士論文。

1884年以《電解質的導電性研究》論文申請博士,答辯后評為有保留通過的四等。這幾乎使他失去擔任馬普薩拉大學講師資格。只是在德國著名物理化學家奧斯特瓦爾德的慧眼獨識下,支持他的觀點,親自到烏著薩拉請他到德國里加大學任副教授,這迫使烏管薩拉當局同意聘他為該校講師。

1885年到奧斯特瓦爾德實驗室工作。

1891年擔任瑞典皇家工業學院講師,

1889年升教授,1895年出任該院院長。

1905年任斯德哥爾摩諾貝爾物理化學研究所所長。

1901年當選為瑞典皇家科學院院士。

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1911年選為本國皇家學會會員。

1927年退休。

1927年10月2日卒於斯德哥爾摩。

斯凡特·奧古斯特·阿倫尼烏斯 -學子時期
斯萬特·奧古斯特·阿倫尼烏斯斯萬特·奧古斯特·阿倫尼烏斯

阿累尼烏斯生於瑞典,祖父是一個農民,父親是烏普薩拉大學的總務主任。阿累尼烏斯3歲就開始識字,並學會了算術。父母並沒有專門教他學什麼,他是看哥哥寫作業時逐漸學會了識字和計算。他的啟蒙教育可以算得上「無師自通」了。6歲時就能夠幫助父親進行複雜的計算。阿累尼烏斯聰明,好學,精力旺盛,有時候也惹事生非。在教會學校上小學時,就常惹老師生氣。有一次他給同學們講故事,竟過了上課時間,老師想要處罰他,又被他逃了過去。

進入中學后,阿累尼烏斯各門功課都名列前茅,特別喜歡物理和化學。聰明的人總喜歡多想一些為什麼,遇到疑難的問題他從不放過,經常與同學們爭論一番,有時候也和老師辯個高低。

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1876年,17歲的阿累尼烏斯中學畢業,考取了烏普薩拉大學。他最喜歡選讀數學、物理、化學等理科課程,只用兩年他就通過了學士學位的考試。1878年開始專門攻讀物理學的博士學位。他的導師塔倫教授(T.R.Thalen)是一位光譜分析專家。在導師的指導下,阿累尼烏斯學習了光譜分析。但他認為,作為一個物理學家還應該掌握與物理有關的其它各科知識。因此,他常常去聽一些教授們講授的數學與化學課程。漸漸地,他對電學產生的濃厚興趣,遠遠超過了對光譜分析的研究,他確信 「電的能量是無窮無盡的」,他熱衷於研究電流現象和導電性。這引起了導師塔倫教授的不滿,他要求阿累尼烏斯要務正業,多研究一些與光譜分析有關的課題。俗話說,「人各有志,不可強留」。目標不同,使阿累尼烏斯只好告別這位導師。

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1881年,他來到了首都斯德哥爾摩以求深造。當時埃德隆教授正在研究和測量溶液的電導。埃德隆教授非常歡迎阿累尼烏斯的到來,在教授的指導下,阿累尼烏斯研究濃度很稀的電解質溶液的電導。這個選題非常重要,如果沒有這個選題,阿累尼烏斯就不可能創立電離學說了。在實驗室里,他夜以繼日地重複著枯燥無味的實驗,整天與溶液、電極、電流計、電壓計打交道,這樣的工作他一干就是兩年。在瑞典科學院物理學家埃德倫德(E.Edlund)教授的指導下,阿累尼烏斯成了埃德倫德教授的得力助手。每當教授講課時,他就協助導師進行複雜的實驗,在從事科學研究時,他就配合教授進行某些測量工作。因此,他的才幹很得教授的賞識。幾乎所有的空閑時間,他部在埋頭從事自己的獨立研究,在電學領域中,他對把化學能轉變為電能的電池很有研究興趣。

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年輕的阿累尼烏斯刻昔鑽研,具有很強的實驗能力,長期的實驗室工作,養成了他對任何問題都一絲不苟、追根究底的鑽研習慣。因而他對所研究的課題,往往都能提出一些具有重大意義的假說,創立新穎獨特的理論。他發現在電池中,除了由化學反應產生的化學能轉化為電能外,還存在一些引起電極極化的因素,而這會降低電流迴路的電壓。於是,他著手研究能夠減少甚至防1發生極化作用的添加物。他堅持反覆實驗,終於明白極化效應取決於添加物——去極劑的數量。電離理論的創建,是阿累尼烏斯在化學領域最重要的貢獻。

斯凡特·奧古斯特·阿倫尼烏斯 -實驗學術
斯萬特·奧古斯特·阿倫尼烏斯斯萬特·奧古斯特·阿倫尼烏斯

在19世紀上半葉,已經有人提出了電解質在溶液中產生離子的觀點,但在校長時期內,科學界普遏贊同法拉第的觀點,認為溶液中「離於是在電流的作用下產生的」。阿累尼烏斯在研究電解質溶液的導電性時發現,濃度影響著許多稀溶液的導電性。阿累尼烏斯對這一發現非常感興趣,特地嚮導師請教,埃德倫德教授很欣賞他的敏銳的觀察能力,為他指出了進一步做好實驗、深入探索是關鍵所在。阿累尼烏斯在實驗中對教授設計的儀器做了大膽的改進,幾個月的時間過去了,他得到了一大堆實驗測量的結果。處理、計算這些結果又用去了好長時間。此間他又發現了一些更有趣的事實。例如,氣態的氨是根本不導電的,但氨的水溶液卻能導電,而且溶液越稀導電性越好。大量的實驗事實表明,氫鹵酸溶液也有類似的情況。多少個不眠之夜過去了,阿累尼烏斯緊緊地抓住稀溶液的導電問題不放。他的獨到之處就是,把電導率這一電學屬性,始終同溶液的化學性質聯繫起來,力圖以化學觀點來說明溶液的電學性質。

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實驗僅僅是研究工作的開始,更重要的是對實驗結果的思考。阿累尼烏斯已經完成了足夠的實驗,他離開了斯德哥爾摩大學的實驗室,回到鄉下的老家。離開了那些電極、燒杯等設備,開始探索實驗數據背後的規律。在實驗中,阿累尼烏斯發現,很稀的溶液通電后的反應與濃溶液相比,規律要簡單得多。以前的化學家也發現了在濃溶液中加入水之後,電流就比較容易通過,甚至已經發現加水的多少與電流的增加有一定的關係。然而他們卻很少去想一想,電流和溶液濃度之間的關係。

通過實驗和計算,阿累尼烏斯發現,電解質溶液的濃度對導電性有明顯的影響。「濃溶液和稀溶液之間的差別是什麼?」阿累尼烏斯反覆思考著這個很簡單的問題。「濃溶液加了水就變成稀溶液了,可水在這裡起了很大的作用。」阿累尼烏斯靜靜地躺在床上,順著這個思路住下想:「純凈的水不導電,純凈的固體食鹽也不導電,把食鹽溶解到水裡,鹽水就導電了。水在這裡起了什麼作用?」阿累尼烏斯坐起來,決定把這個問題搞清楚。他想起英國科學家法拉第1834年提出的一個觀點:「只有在通電的條件下,電解質才會分解為帶電的離子。」「是不是食鹽(化學名稱是氯化鈉)溶解在水裡就電離成為氯離子和鈉離子了呢?」這是一個非常大膽的設想。因為法拉弟認為:「只有電流才能產生離子。」可是現在食鹽溶解在水裡就能產生離子,與法拉第的觀點不一樣。不要小看法拉第這個人,雖然1867年他已經去世了,但是他對物理上的一些觀點在當時還是金科玉律。另外,還有一個問題要想清楚,氯是一種有毒的黃綠色氣體,鹽水裡有氯,並沒有哪個人因為喝了鹽水而中毒,看來氯離子和氯原子在性質上是有區別的。因為離子帶電,原子不帶電。那時候,人們還不清楚原子的構造,也不清楚分子的結構。阿累尼烏斯能有這樣的想象能力已經是很不簡單的了。

1883年5月,阿累尼烏斯帶著論文回到烏普薩拉大學,向化學教授克萊夫請教。阿累尼烏斯向他詳細地解釋了電離理論,但是克萊夫對於理論不感興趣,只說了一句:「這個理論純粹是空想,我無法相信。」克萊夫是一位很有名望的實驗化學家,他已經發現了兩種化學元素:鈥和銩。他的這種態度給滿懷信心的阿累尼烏斯當頭一棒,他知道要通過博士論文並非易事,雖然他認為自己的觀點和實驗數據並沒有錯,但是要說服烏普薩拉大學那一幫既保守又挑剔的教授們談何容易。阿累尼烏斯小心翼翼地準備著他的論文,既要堅持自己的觀點,又不能過分與傳統的理論對抗。4小時的答辯終於過去了,阿累尼烏斯如坐針氈,因為阿累尼烏斯的材料和數據都很充分,教授們又查看了他大學讀書時所有的成績,他的生物學、物理學和數學的考試成績都非常好,答辯委員會認為雖然論文不是很好,但仍然可以以「及格」的三等成績「勉強獲得博士學位」。

他認為,當溶液稀釋時,由於水的作用,它的導電性增加,為什麼呢?他指出:「要解釋電解質水溶液在稀釋時導電性的增強,必須假定電解質在洛液中具有兩種不同的形態,非活性的一分子形態,活性的——離子形態。實際上,稀釋時電解質的部分分子就分解為離於,這是活性的形態;而另一部分則不變,這是非活性的形態……」他又說:「當溶液稀釋時,活性形態的數量增加,所以溶液導電性增強」。偉大的發現!阿累尼烏斯的這些想法,終於突破了法拉第的傳統觀念,提出了電解質自動電離的新觀點。為了從理論上概括和闡明自己的研究成果和新的創見,他寫成了二篇論文。第一篇是敘述和總結實驗測量和計算的結果。題為「電解質的電導率研究」,第二篇是在實驗結果的基礎上,對於水溶液中物質形態的理論總結,題名為:「電解質的化學理論」,專門闡述電離理論的基本思想。阿累尼烏斯把這兩篇論文,送到瑞典科學院請求專家們審議。1883年6月6日經過斯德哥爾摩的瑞典科學院討論后,被推薦予以發表,刊登在1884年初出版的《皇家科學院論著》雜誌的第十一期上。

阿累尼烏斯的這些想法,終於突破了法拉第的傳統觀念,提出了電解質自動電離的新觀點。為了從理論上概括和闡明自己的研究成果和新的創見。

斯凡特·奧古斯特·阿倫尼烏斯 -終被認可

博士學位得到了,但是電離學說卻不被人理解,特別在瑞典國內幾乎沒有人支持,他決定向國外尋找有力的支持者。當然是要找一些有創新能力、有新觀點的人。他道德想到了德國物理學家克勞修斯。克勞修斯對熱力學第二定律作出很大貢獻,又被認為是電化學的預言者,但是克勞修斯年老體弱,對新鮮事物缺乏敏感。阿累尼烏斯也想得到德國化學家耶爾的支持。邁耶爾曾經獨立地提出過元素周期律,也是一位很有威望的化學家,但是邁耶爾對此沒有任何錶示。

幸運的是並不是所有的科學家都麻木不仁。在里加工學院任教的奧斯特瓦爾德教授對阿累尼烏斯的態度卻是另一番景象。1884年6月的某一天,發生了三件使奧斯特瓦爾德難忘的事情:他牙疼得厲害;妻子生了一個女兒;他讀到了阿累尼烏斯寄來的論文。奧斯特瓦爾德忍著牙痛,反覆看了好幾遍,他覺得這個年輕人的觀點是可取的。並且立刻意識到,阿累尼烏斯正在開創一個新的領域——離子化學。喜歡動手做實驗的奧斯特瓦爾德立刻著手通過實驗來證實阿累尼烏斯電離理論的正確性。隨後,奧斯特瓦爾德決定去瑞典會見阿累尼烏斯,探討一些共同感興趣的問題。這一年暑假,兩位學者在烏普薩拉會面了,這是他們畢生友誼和合作的開端。

由於奧斯特瓦爾德的影響,阿累尼烏斯獲得了出國做五年訪問學者的資格。阿累尼烏斯先後在里加和萊比錫的奧斯特瓦爾德的實驗室里工作,又與當時著名的科學家柯名單勞希、玻耳茲曼、范特霍夫等人進行了工作接觸。特別是范特霍夫,他的研究工作中經常需要用電離學說來解釋一些發生的現象。當他們相見的時候,非常親熱,有很多問題需要探討。阿累尼烏斯在困難的時候找到了知音。著名學者奧斯特瓦爾德和范特霍夫的支持,使他的電離學說開始逐步被世人所承認。隨著他們三個人的共同努力和科學技術的發展,特別是原子內部結構的逐步探明,電離學說最終被人們所接受了。原來反對電離學說的克萊夫教授還提議選舉阿累尼烏斯為瑞典科學院院士。

1901年,開始首屆評選諾貝爾獎的時候,阿累尼烏斯是物理獎的11個候選人之一,可惜落選了。1902年他又被提名諾貝爾化學獎,他也滑有被選上。1903年,評獎委員會很多人都推舉阿累尼烏斯,但是,對於他應獲得物理獎還是化學獎發生分歧。諾貝爾化學獎委員會提出給他一半物理獎,一半化學獎,這一方案過於奇特,被否定了。又提出他獲獎問題延期至第二年,也被否決。電離學說在物理學和化學兩個學科都具有很重要的作用,人們一時很難確定他應該獲得哪一個獎項。最後,阿累尼烏斯獲得了1903年諾貝爾化學獎。他是第一個獲得這種崇高榮譽的諾貝爾的同胞。

斯凡特·奧古斯特·阿倫尼烏斯 -科研成果

阿累尼烏斯刻苦鑽研,具有很強的實驗能力。1883年5月,他提出了電離理論的基本觀點:「由於水的作用,電解質在溶液中具有兩種不同的形態,非活性的分子形態,活性的離子形態。溶液稀釋時,活性形態的數量增加,所以溶液導電性增大」。作為博士論文送交烏普薩拉大學。但是,其導師對其觀點不能理解,另一導師則持懷疑態度。最後,由於委員會支持教授們的意見,阿累尼烏斯的論文答辯沒有通過。阿累尼烏斯並未因此而灰心。他認為他的觀點是正確的,為此尋求科學家的支持。1884年冬再次進行論文答辯時,論文被順利通過。

阿累尼烏斯同時提出了酸、鹼的定義;解釋了反應速率與溫度的關係,提出活化能的概念及與反應熱的關係等。由於阿累尼烏斯在化學領域的卓越成就,1903年榮獲了諾貝爾化學獎,成為瑞典第一位獲此科學大獎的科學家。著作:《天體物理學教科書》、《免疫化學》、《生物化學中的定量定律》等。

阿累尼烏斯在物理化學方面造詣很深,他所創立的電離理論留芳於世,直到今天仍常青不衰。他是一位多才多藝的學者,除了化學外,在物理學方面他致力於電學研究,在天文學方面,他從事天體物理學和氣象學研究。他在1896年發表了「大氣中的二氧化碳對地球溫度的影響」的論文,還著有《天體物理學教科書》在生物學研究中他寫作出版了《免疫化學》及《生物化學中的定量定律》等書。作為物理學家,他對祖國的經濟發展也做出了重要貢獻。他親自參與了對國內水利資源和瀑布水能的研究與開發,使水力發電網遍佈於瑞典。他的智慧和豐碩成果,得到了國內廣泛的認可與讚揚,就連一貫反對他的克萊夫教授,自1898年以後也轉變成為電離理論的支持者和阿累尼烏斯的擁護者。那年,在紀念瑞典著名化學家貝采里烏斯逝世50周年集會上,克萊夫教授在其長篇演說中提到:「貝采里烏斯逝世后,從他手中落下的旗幟,今天又被另一位卓越的科學家阿累尼烏斯舉起。」他還提議選舉阿累尼烏斯為瑞典科學院院士。由於阿累尼烏斯在化學領域的卓越成就,1903年他榮獲了諾貝爾化學獎,戌為瑞典第一位獲此科學大獎的科學家。1905年以後,他一直擔任瑞典諾貝爾研究所所長,直到生命的最後一刻。他還多次榮獲國外的其它科學獎章和榮譽稱號。

斯凡特·奧古斯特·阿倫尼烏斯 -晚年時期

晚年的阿累尼烏斯,體弱多病,但他仍不肯放下自己的研究。他抱病堅持修改完成了《世界起源》一書的第二卷。1927年10月2日,這位68歲的科學巨匠與世長辭。阿累尼烏斯科學的一生,給後人以很大的思想啟迪。首先,在哲學上他是一位堅定的自然科學唯物主義者。他終生不信宗教,堅信科學。當19世紀的自然科學家們還在深受形而上學束縛的時候,他卻能打破學科的局限,從物理與化學的聯繫上去研究電解質溶液的導電性,因而能沖潰傳統觀念,獨創電離學說。其次,他知識淵博,對自然科學的各個領域都學有所長,早在學生時代就已精通英、德、法和瑞典語等四五種語言,這對他周遊各國,廣泛求師進行學術交流起了重大作用。另外,他對祖國的熱愛,為報效祖國而放棄國外的榮譽和優越條件,在當今仍不失為科學工作者的楷模。

斯凡特·奧古斯特·阿倫尼烏斯 -主要貢獻

阿累尼烏斯在化學上貢獻有:提出電離學說,認為電解質溶於水,其分子能離解成導電的離子,這是電解質導電的根本原因,同時溶液愈稀,電解質電離度越大。電離學說是物理化學上的重大貢獻,也是化學發展史上的重要里程碑,從而解釋溶液的許多性質和溶液的滲透壓偏差、依數性等,它建築起物理和化學間的重要橋樑。提出活化分子和活化能的概念,導出著名的反應速率公式,即阿累尼烏斯方程。

公式可推算出溫度升高10度,化學反應速度約加快一倍,這使化學動力學大大向前邁進了一步。奠定宇宙化學研究的基礎。他根據物理化學的原理,最早預言太陽的能量來自原子的反應,特別是由。氫原子結合成氦原子的反應。他還發現二氧化碳有較強吸收紅外輻射的能力,較早提出二氧化碳對地球溫室效應影響的見解。此外,他對慧星、北極光、冰川等的成因作了較深刻的研究,並提出了有價值的見解。最先對血清療法的機理作出化學解釋,特別是開創免疫化學研究的航道,以及各種毒素的化學結構對人體、動物體中毒機理的研究作出了一定貢獻。

斯凡特·奧古斯特·阿倫尼烏斯 -主要著作

他的主要著作有:《溶液理論》《宇宙物理學教程》《免疫化學》《生物化學中定量定律》《化學原理》等。他曾獲得過多次獎賞,除1903年獲得諾貝爾化學獎外,還曾獲英國皇家學會戴維獎、吉布斯獎、法拉第獎等。他還被選為英國皇家學會會員。

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