評論(0

威廉·奧斯特瓦爾德

標籤:化學家諾貝爾化學獎獲得者

威廉·奧斯特瓦爾德是德國物理化學家。1853年9月2日生於俄國拉脫維亞里加,1932年4月4日卒於萊比錫。1872年入愛沙尼亞多爾帕特大學學習,1878年獲化學博士學位。1881年任里加工業大學化學教授。1887年任萊比錫大學物理化學教授,1898年兼物理化學研究所所長,1906年退休。

1人物簡介

威廉·奧斯特瓦爾德

  威廉·奧斯特瓦爾德

威廉·奧斯特瓦爾德(德語:Wilhelm Ostwald;拉脫維亞語:Vilhelms Ostvalds,1853年9月2日-1932年4月4日),德國物理化學家。他提出了稀釋定律,對電離理論和質量作用定律進行了驗證。

2人物成就

他將化學熱力學原理引入結晶學和催化現象的研究中,對大量現象給予了解釋,並成功的完成了催化劑的工業應用,提出了奧斯特瓦爾德過程。他同時也是出色的教材作者和卓越的學術組織者,創立了很多期刊,培養了大量的年青研究者,使得物理化學得以成為一門獨立的科學和其他化學的理論基礎,因此被認為是物理化學的創立者之一。另外他在顏色學、科學史、哲學方面也有獨到的貢獻。1909年因其在催化劑的作用、化學平衡、化學反應速率方面的研究的突出貢獻,被授予諾貝爾化學獎。

3早年研究

1853年奧斯特瓦爾德出生於利沃尼亞地區的里加(當時屬於俄羅斯帝國管轄,現為拉脫維亞首都),父親是一個箍桶匠,母親是麵包師的女兒,兩人都是波羅的海德國人。奧斯特瓦爾德是他們的次子。奧斯特瓦爾德少年時被送入自然科學教育和實用技術並重的一所文實中學(Realgymnasium)進行學習,這使得他比較早的接觸到了自然科學知識。1872年1月他進入利沃尼亞地區歷史最悠久的多帕特大學(現名塔爾圖大學,屬愛沙尼亞)就讀,在化學家卡爾·施密特和施密特的助手Johann Lemberg的影響下對化學產生了濃厚的興趣,學會了有機與分析化學中常用的各種定量分析方法和關於化學親和力、化學平衡和反應速率方面的基本原理。
1875年大學畢業后,奧斯特瓦爾德留在多帕特大學,在物理學家阿瑟·范·奧丁根的指導下,進行了各種物理分析手段的訓練,這奠定了他之後一直堅持的研究方向與方法:結合物理手段與化學分析來進行科學研究。他開始對丹麥物理學家尤利烏斯·湯姆森(Julius Thomsen)提出的通過測量反應放出的熱量來比較化學親和力的假設產生興趣。他希望類似的通過測量化學過程中的體積變化和折射率的變化來比較物質的化學親和力,為此他作了大量的實驗,在1878年底以《體積化學與光化學研究》的論文取得博士學位。奧斯特瓦爾德在這一階段所做的的獨創性研究,使得他的研究工作開始被科學界所重視。1880年奧斯特瓦爾德和海蓮內·馮·賴黑爾(Helene von Reyher)結婚,生有五個孩子,其中的沃爾夫岡·奧斯特瓦爾德後來成為膠體化學研究的核心人物。

4里加時期

編寫與翻譯化學
奧斯特瓦爾德在里加的另一個重要工作是編寫與翻譯化學著作。他從1880年開始寫作《普通化學概論》這一教科書,並不斷希望用新的物理化學進展來詮釋其中的概念。同時他努力宣傳阿累尼烏斯和荷蘭物理化學家雅各布斯·亨里克斯·范托夫關於化學動力學的工作,這些著作出版后大受歡迎,但也受到不少學者的反對。因為當時歐洲大陸很多學者囿於有機化學和分析化學的經驗,認為只有發現元素和合成新物質是化學家的工作,而稱奧斯特瓦爾德等人為「離子家」。面對這種責難,奧斯特瓦爾德創辦了世界第一種物理化學期刊《國際物理化學與化學物理研究》(德語:Zeitschrift für Physikalische Chemie),努力將物理化學從有機和分析化學中獨立出來。

5萊比錫期

化學熱力學、動力學研究
奧斯特瓦爾德邀請阿累尼烏斯和范托夫前來訪問和工作;邀請電學理論和實驗基礎都很紮實的瓦爾特·能斯特作為助手以繼續對於電離理論和質量作用定律的實驗論證。1888年奧斯特瓦爾德從質量作用定律和電離理論出發推導出描述電導、電離度和離子濃度關係的奧斯特瓦爾德稀釋定律,並且通過大量實驗數據驗證了這一關係:
威廉·奧斯特瓦爾德
Kp:在溶液極稀時近似為常數。電離度:c(A-) 陰離子濃度:c(K+) 陽離子濃度:c0:弱酸或弱鹼的整體濃度 c(KA):電離后電解質的濃度。
這一定律使質量作用定律和電離理論成功地應用在處理部分電離弱酸弱鹼體系,為這兩個當時尚是假設的觀點提供了支持。同時奧斯特瓦爾德敏銳的感覺到化 學反應的級數問題,和范托夫共同提出了通過濃度隨時間的變化來估算化學反應級數的方法,自己又提出了孤立法以解決複雜反應的級數問題。1891年奧斯特瓦 爾德又使用電離理論成功解釋了酸鹼指示劑的原理。
催化現象的研究
除了電離理論、溶液的依數性和結晶學以外,奧斯特瓦爾德還是催化現象研究的開創者。「催化」這一概念是由瑞典化學家貝采利烏斯最先提出的,提出后就遭到尤利烏斯·李比希的反對,隨後的幾十年中,對於催化劑和催化現象的本質的爭論一直沒有終止。1888年奧斯特瓦爾德提出他所認為的催化劑本質,即「可以加快反應的速度但不是 反應發生的誘因」,這一定義被當時的化學界普遍接受。1890年他發表文章,提出了自然界廣泛存在的」自催化」現象。之後他和助手喬治·布瑞迪希(Georg Bredig)合作,對異相催化過程進行了研究。在1895年他發表了《催化過程的本質》,提出了催化劑的另一個特點:在可逆反應中,催化劑僅能加速反應平衡的到達,而不能改變平衡常數。
他把催化的理論知識迅速應用於工業化學項目:在1902年提出了著名的奧斯特瓦爾德過程,即氨氣通過催化劑(例如鉑)作用被氧化生成一氧化氮,一氧化氮在空氣中氧化為二氧化氮,二氧化氮和水反應生成硝酸和一氧化氮,生成的一氧化氮可以重新利用。這一過程實際上在1838 年就已經被人申請了專利,但是當時還無法獲得大量的氨氣作為原料,所以只有學術上的意義。奧斯特瓦爾德遇到了類似的困難,直到1908年左右他獲知了德國化學家弗里茨·哈伯等人的合成氨工藝,才將這一製取硝酸的方法工業化,這一方法使得肥料和炸藥的產量大量的增加,正如奧斯特瓦爾德自己所說的「工業的關鍵在於催化劑的使用」,但這一方法也被德國用於生產第一次世界大戰中所需的炸藥。後來這一過程後來經過奧斯特瓦爾德的學生馬克斯·博登斯坦(Max Bodenstein)等人的的改進,一直應用到現在。
學術與社會活動
萊比錫時期的奧斯特瓦爾德修訂了《普通化學概論》,並在1892年翻譯出版了美國物理化學家約西亞·威拉德·吉布斯的經典之作《論非均相物體的平衡》,而當時吉布斯的著作由於充滿了數學推導,在美國還沒有人關注。他的這一譯本和勒沙特列在 1897年出版的法文譯本使得吉布斯關於相平衡的想法被歐洲大陸所接受。他開始組織批註和出版《奧斯特瓦爾德精密科學的經典作家》叢書,收集了從亥姆霍茲 的《論力的守恆》開始的經典科學文獻,便於人們進行科學與科學史研究。他還組織了德國電化學學會和撰寫了巨著《電化學:歷史與理論》。
1904年起逐步把興趣轉向能量學和哲學研究的奧斯特瓦爾德和希望他專心於教學和行政任務的萊比錫大學產生了不和。此時正值美國和德國設立了交換教授的計劃,奧斯特瓦爾德即成為第一位交換教授,前往美國。他在哈佛大學、麻省理工學院、哥倫比亞大學講授哲學,使用物理化學的觀點來講解化學,受到歡迎。1906年奧斯特瓦爾德從美國回到德國后即從萊比錫大學退休,開始投身到自己感興趣的研究和社會活動中。

6晚年研究

奧斯特瓦爾德色相立體模型

  奧斯特瓦爾德色相立體模型

1910年之後奧斯特瓦爾德還進行了顏色學的研究,制定了衡量顏色的筆筒的測量標準,提出了奧斯特瓦爾德色彩系統。 在這個系統他認為所有顏色都可以通過「黑」(B),「白」(W)和「純色」(F)三種成分按照一定的面積比例旋轉混色得到,而且 W+B+F=100(%)。所以描述一個特定顏色,只要給出三種變數的具體數值就可以了,這使得顏色的調配不必完全依靠視覺,而有了類似科學的定量化方法。接著他用類似於三相相圖的辦法將純色,黑,白放在正三角形頂點,形成了「等色相三角形」。這樣使得整個系統秩序嚴密,配色時極為方便。
奧斯特瓦爾德晚年參加了大量的國際和平運動。並加入了創建國際語言的運動,開始學習世界語,後來支持伊多語的發展。1909年奧斯特瓦爾德因「在催化作用與化學平衡和反應方面的工作,以及由氨制硝酸的方法」獲得了諾貝爾化學獎,隨即把部分獎金捐助,進行伊多語的發展。1910年-1912年奧斯特瓦爾德和恩斯特·海克爾成為一元論運動的代表人物,並擔任「一元論同盟」的主席。之後他甚至希望建立國際科學家學會,以增加各國學者的交流,但這個願望被一戰而打破。一戰中他的製取硝酸的專利被用於製造炸藥,而他參與的很多學會都停止了活動。1927年他完成了具有重要史料價值的《生命線·自傳》一書,總結了自己幾十年的研究經歷和學術活動。1932年奧斯特瓦爾德因尿毒症在萊比錫去世,葬於當地,在出生地里加有他的紀念碑。

7重要著作

《自然哲學概論》 1902,有中譯本。李醒民譯,北京:華夏出版社,2000年1月第1版。
《電化學:歷史與理論》1910
《普通化學概論》 第五版 1917年
《生命線·自傳》(1927)
上一篇[HTC Spark]    下一篇 [HTC Spade]

相關評論

同義詞:暫無同義詞