雅可比·亨利克·范霍夫

1、.雅可比·亨利克·范霍夫第一位獲得諾貝爾獎(jiǎng)金的化學(xué)家雅可比·亨利克·范霍夫在化學(xué)各分支學(xué)科中，無(wú)機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)都是在十八世紀(jì)就建立的學(xué)科，唯獨(dú)物理化學(xué)這一分支學(xué)科一直到十九世紀(jì)下半葉才逐漸形成。而物理化學(xué)的創(chuàng)立人就是兩位早期的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者范霍夫和奧斯特瓦爾德，1887年他們共同創(chuàng)辦、了德文?物理化學(xué)?雜志，這份雜志的創(chuàng)刊號(hào)上發(fā)表了物理化學(xué)方面的論文，于是“物理化學(xué)這個(gè)學(xué)科名稱開(kāi)場(chǎng)為化學(xué)家所采用和推廣。Jacobus He nricus Varrt Hoff是荷蘭物理化學(xué)家。1852年8月30日出生于荷蘭鹿特丹。這個(gè)醫(yī)學(xué)博士的兒子，從小就

2、聰明過(guò)人。他在中學(xué)讀書(shū)時(shí)，對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)很感興趣。經(jīng)常在放學(xué)以后或假日里，偷偷地溜進(jìn)學(xué)校，從地下室的窗戶鉆進(jìn)實(shí)驗(yàn)室里去做化學(xué)實(shí)驗(yàn)。少年的好奇心，使他專門樂(lè)于選用那些易燃易爆和劇毒的危險(xiǎn)藥品做實(shí)驗(yàn)。一天。該校的霍克維爾夫先生發(fā)現(xiàn)了他的機(jī)密，責(zé)備了他的違紀(jì)行為。范霍夫懇求這位老師不要去報(bào)告校長(zhǎng)。但他還是被帶去見(jiàn)他的父親。鹿特丹的這位名醫(yī)理解了事情的經(jīng)過(guò)后，對(duì)自己兒子不規(guī)矩的舉動(dòng)深為為難和憤慨。但轉(zhuǎn)念一想，兒子的肯鉆好學(xué)不該過(guò)分去責(zé)備。于是，他把自己原來(lái)的一間醫(yī)療室讓給了兒子。范霍夫有了自己這一間簡(jiǎn)陋的實(shí)驗(yàn)室，干得更加起勁了。想不到少年時(shí)代的這種愛(ài)好，注定了后來(lái)范霍夫成為化學(xué)家的命運(yùn)。在荷蘭，當(dāng)時(shí)人們普

3、遺存在著輕視化學(xué)的偏見(jiàn)。父親反對(duì)兒子當(dāng)化學(xué)家，17歲那年，范霍夫中學(xué)畢業(yè)，還是聽(tīng)從了父親的意見(jiàn)。在上大學(xué)前，1869年他先到德?tīng)柗蛱馗叩裙に噷W(xué)校學(xué)習(xí)工業(yè)技術(shù)。在那里，他以優(yōu)異的成績(jī)博得了在該校任教的化學(xué)家A.C.奧德曼斯和物理學(xué)家范德·桑德·巴克胡依仁的器重，兩年就學(xué)完了規(guī)定三年學(xué)習(xí)的內(nèi)容。這段學(xué)習(xí)，更增強(qiáng)了范霍夫畢生從事化學(xué)的信心和決心。在家里時(shí)，父親對(duì)拜倫詩(shī)篇的熱愛(ài)曾感染了他們?nèi)?。往后，孔德的?shí)證哲學(xué)思想又使范霍夫俯首傾倒。這些都使他學(xué)會(huì)了從哲學(xué)的角度來(lái)對(duì)待生活中的一切。也使他一生在化學(xué)研究方面，經(jīng)常站到哲學(xué)高度來(lái)窺視大自然的奧秘。1872年，范霍夫在萊頓大學(xué)畢業(yè)后，

4、為了在化學(xué)上得到深造，他先后到柏林拜德國(guó)著名有機(jī)化學(xué)家凱庫(kù)勒為師。次年凱庫(kù)勒又推薦他去巴黎醫(yī)學(xué)院的武茲實(shí)驗(yàn)室。在著名化學(xué)家武茲的指導(dǎo)下，范霍夫與他法國(guó)的同窗好友勒·貝爾得到了深造。此后他們雙雙成為新的立體化學(xué)學(xué)科的創(chuàng)立者。19世紀(jì)中葉，關(guān)于有機(jī)化合物的經(jīng)典構(gòu)造理論，已經(jīng)由凱庫(kù)勒和俄國(guó)化學(xué)家布特列洛夫等人根本上建立起來(lái)了。但同時(shí)，人們?cè)絹?lái)越多地發(fā)現(xiàn)了某些有機(jī)化合物具有旋光現(xiàn)象。法國(guó)人巴斯德首先發(fā)現(xiàn)酒石酸、葡萄酸部具有左旋和右旋兩種不同構(gòu)造。后來(lái)，德國(guó)化學(xué)家威利森努斯也發(fā)現(xiàn)了乳酸的旋光異構(gòu)現(xiàn)象。范霍夫在巴黎由武茲指導(dǎo)，同勒·貝爾分別對(duì)某些有機(jī)化合物為什么會(huì)有旋光異構(gòu)現(xiàn)象的問(wèn)題，

5、進(jìn)展了廣泛的實(shí)驗(yàn)和探究。1874年，范霍夫和勒·貝爾分別提出了關(guān)于碳的正四面體構(gòu)型學(xué)說(shuō)。一天，范霍夫坐在烏德勒支大學(xué)的圖書(shū)館里，認(rèn)真地閱讀著威利森努斯研究乳酸的一篇論文，他隨手在紙上畫出了乳酸的化學(xué)式，當(dāng)他把視線集中到分子中心的一個(gè)碳原子上時(shí)，他立即聯(lián)想到，假如將這個(gè)碳原子上的不同取代基都換成氫原子的話，那么這個(gè)乳酸分子就變成了一個(gè)甲烷分子。由此他想像，甲烷分子中的氫原子和碳原子假設(shè)排列在同一個(gè)平面上，情況會(huì)怎樣呢？這個(gè)偶爾產(chǎn)生的想法，使范霍夫沖動(dòng)地奔出了圖書(shū)館。他在大街上邊走邊想，讓甲烷分子中的4個(gè)氫原子部與碳原子排列在一個(gè)平面上是否可能呢？這時(shí)，具有廣博的數(shù)學(xué)、物理學(xué)等知識(shí)的范霍

6、夫突然想起，在自然界中一切都趨向于最小能量的狀態(tài)。這種情況，只有當(dāng)氫原子均勻地分布在一個(gè)碳原子周圍的空間時(shí)才能到達(dá)。那么在空間里甲烷分子是個(gè)什么樣子呢？范霍夫猛然領(lǐng)悟，正四面體！當(dāng)然應(yīng)該是正四面體！這才是甲烷分子最恰當(dāng)?shù)目臻g排列方式，他由此進(jìn)一步想象出，假設(shè)用4個(gè)不同的取代基換去碳原子周圍的氫原子，顯然，它們可能在空間有兩種不同的排列方式。想到這里、范霍夫重新跑回圖書(shū)館坐下來(lái)，在乳酸的化學(xué)式旁畫出了兩個(gè)正四面體，并且一個(gè)是另一個(gè)的鏡像。他把自己的想法歸納了一下，驚奇地發(fā)現(xiàn)，物質(zhì)的旋光特性的差異，是和它們的分子空間構(gòu)造親密相關(guān)的。這就是物質(zhì)產(chǎn)生旋光異構(gòu)的機(jī)密所在。范霍夫認(rèn)為，在已經(jīng)建立起來(lái)的經(jīng)典

7、有機(jī)構(gòu)造理論中，由于人們還不理解原子所處的實(shí)際位置，所以原有的化學(xué)構(gòu)造式不能反映出某些有機(jī)化合物的異構(gòu)現(xiàn)象。他根據(jù)自己的研究，于1875年發(fā)表了?空間化學(xué)?一文。首次提出了一個(gè)“不對(duì)稱碳原子的新概念。不對(duì)稱碳原子的存在，使酒石酸分子產(chǎn)生兩個(gè)變體右旋酒石酸和左旋酒石酸；二者混合后，可得到光學(xué)上不活潑的外消旋酒石酸。范霍夫用他所提出的“正四而體模型解釋了這些旋光現(xiàn)象。范霍夫關(guān)于分子的空間立體構(gòu)造的假說(shuō)，不僅可以解釋旋光異溝現(xiàn)象，而且還能解釋諸如順丁烯二酸和反丁烯二酸、順甲基丁烯二酸和反甲基丁烯二酸等另一類非旋光異構(gòu)現(xiàn)象。分子的空間構(gòu)造假說(shuō)的誕生，立即在整個(gè)化學(xué)界引起了宏大的反響，一些有識(shí)之上看到了

8、新假說(shuō)的深化含義，紛紛稱贊范霍夫這一創(chuàng)舉。例如，荷蘭烏德勒支大學(xué)的物理學(xué)教授畢易·巴洛稱“這是一個(gè)出色的假說(shuō)！我認(rèn)為，它將在有機(jī)化學(xué)方面引起變革。著名有機(jī)化學(xué)家咸利森努斯教授寫信給范霍夫說(shuō)：“您在理論方面的研究成果使我感到非?？鞓?lè)。我在您的文章中，不僅看到了說(shuō)明迄今未弄清楚的事實(shí)的極其機(jī)智的嘗試，而且我也相信，這種嘗試在我們這門科學(xué)中將具有劃時(shí)代的意義。他們都積極支持和鼓勵(lì)范霍夫把自己的論文譯成法文、德文等多種文字予以廣泛傳播。然而在當(dāng)時(shí)，許多人還不理解新學(xué)說(shuō)的真正含義，他們甚至劇烈反對(duì)范霍夫的觀點(diǎn)。德國(guó)萊比錫的赫爾曼·柯?tīng)栘惤淌趯懳恼落h利地挖苦說(shuō)：“有一位烏德勒支獸醫(yī)學(xué)院

9、的范霍夫博士，對(duì)準(zhǔn)確的化學(xué)研究不感興趣。在他的?立體化學(xué)?中宣告說(shuō)，他認(rèn)為最方便的是乘上他從獸醫(yī)學(xué)院租來(lái)的飛馬，當(dāng)他英勇地飛向化學(xué)的帕納薩斯山的頂峰時(shí)，他發(fā)現(xiàn)，原子是如何自行地在宇宙空間中組合起來(lái)的。而菲諦格等人卻斷言范霍夫的假說(shuō)與物理定律不相容。但是，這些反對(duì)意見(jiàn)不僅沒(méi)有損害范霍夫的新理論，反而為這一理論的推廣和傳播起了宣傳作用、因?yàn)槟切┑沧x過(guò)柯?tīng)栘惖热说匿h利評(píng)論文章的人，都會(huì)對(duì)范霍夫的理論發(fā)生興趣，都要去理解一下他論文的內(nèi)容。于是，反倒使新理論在科學(xué)界迅速傳播開(kāi)來(lái)。正如拜倫說(shuō)過(guò)的話一樣“一朝醒來(lái)，名聲大噪。柯?tīng)栘惖热说呐u(píng)竟使范霍夫成了顯赫一時(shí)的人物。不久，范霍夫就被阿姆斯特丹大學(xué)聘為講

10、師，1878年又成為化學(xué)教授。因此，范霍夫首創(chuàng)的“不對(duì)稱碳原子概念，以及碳的正四面體構(gòu)型假說(shuō)有時(shí)*稱為范霍夫一勒·貝爾模型的建立，盡管學(xué)術(shù)界對(duì)其褒貶不一，但往后的理論卻證明，這個(gè)假說(shuō)成了立體化學(xué)誕生的標(biāo)志。1878到1896年間，范霍夫在阿姆斯特丹大學(xué)先后擔(dān)任過(guò)化學(xué)教授，礦物學(xué)、地質(zhì)學(xué)教授，并曾任化學(xué)系主任。這期間，他又集中精力研究了物理化學(xué)問(wèn)題。他對(duì)化學(xué)熱力學(xué)與化學(xué)親合力、化學(xué)動(dòng)力學(xué)和稀溶液的浸透壓及有關(guān)規(guī)律等問(wèn)題進(jìn)展了探究。物質(zhì)能否發(fā)生化學(xué)反響以及它們反響才能的大小，這是一個(gè)古老的化學(xué)理論課題。早期的化學(xué)家們一直以模糊不清的“化學(xué)親合力“化學(xué)力、“作用力等概念來(lái)表述和解釋這些問(wèn)題

11、。因此，在早期的化學(xué)文獻(xiàn)中，關(guān)于化學(xué)反響時(shí)間或反響速度的概念總是同“親合力“化學(xué)力一類的概念分不開(kāi)的。直到19世紀(jì)初，人們?nèi)圆荒苷_區(qū)分物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反響的可能性和實(shí)際發(fā)生時(shí)的化學(xué)反響速度。因此，從1877年之后，范霍夫開(kāi)場(chǎng)注意研究化學(xué)動(dòng)力學(xué)和化學(xué)親合力問(wèn)題。1884年，他出版了?化學(xué)動(dòng)力學(xué)研究?一書(shū)。書(shū)中他不僅說(shuō)明了反響速度等化學(xué)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，而且還專門闡述了化學(xué)平衡理論和以自由能為根底的親合力理論。這本書(shū)首先著重討論了化學(xué)反響速度及其變化規(guī)律。他創(chuàng)造性地把反響速度分為單分子、雙分子和多分子反響三種不同類型來(lái)研究。其次，范霍夫?qū)τ趦蓚€(gè)方向相反的反響即可逆反響采用了化學(xué)平衡的觀點(diǎn)來(lái)研究。他首倡以雙

12、箭頭符號(hào)來(lái)說(shuō)明化學(xué)平衡的動(dòng)態(tài)特性。最后，他還給化學(xué)親合力下了明確的定義，并對(duì)它進(jìn)展了研究。在物理化學(xué)領(lǐng)域中，范霍夫重點(diǎn)研究的另一個(gè)課題是稀溶液的浸透壓及有關(guān)規(guī)律。他做了許多關(guān)于溶液浸透壓的實(shí)驗(yàn)，提出了一個(gè)能普遍適用的浸透壓公式：PViRT i>1。式中P是溶液的浸透壓，V是其體積；R是理想氣體常數(shù)，T是溶液的絕對(duì)溫度。范霍夫還證明，對(duì)許多物質(zhì)來(lái)說(shuō)：值均為1，即浸透壓關(guān)系式為PVRT。同時(shí)，他還對(duì)此式的應(yīng)用以及i不等于的體系電解質(zhì)溶液進(jìn)展了大量研究。范霍夫從化學(xué)動(dòng)力學(xué)開(kāi)場(chǎng)，進(jìn)而廣泛地研究了熱力學(xué)，特別是有關(guān)稀溶液的浸透壓?jiǎn)栴}。他把化學(xué)動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)和物理測(cè)定統(tǒng)一起來(lái)，建立了物理化學(xué)

13、的根底。正如范霍夫在創(chuàng)立立體化學(xué)時(shí)的遭遇一樣，物理化學(xué)的誕生也遇到了不少挫折。瑞典有一位大學(xué)畢業(yè)不久的年輕人，名叫斯特萬(wàn)·阿累尼烏斯。他根據(jù)自己對(duì)溶液導(dǎo)電性的研究，提出了關(guān)于溶液的電離假說(shuō)。但這一新理論的出現(xiàn)立即遭到國(guó)內(nèi)不少學(xué)者的強(qiáng)烈反對(duì)。為了尋求理解與支持，阿累尼烏斯把自己的論文寄給范霍夫懇求詣?wù)Ｏ氩坏缴硖幃悋?guó)的范霍夫一口氣讀完了論文后，不僅馬上領(lǐng)會(huì)了阿累尼烏斯的根本觀點(diǎn)，并且由此受到了極大啟迪。他的腦子豁然開(kāi)朗：電離作用！對(duì)，電離作用！這正是電解質(zhì)溶液i1的原因。范霍夫認(rèn)為，假如溶液中的電解質(zhì)確實(shí)分解為離子，那么溶液中的粒子數(shù)就會(huì)增多。同樣地，假如是由于粒子撞擊半透膜隔層而引起

14、的浸透壓力，那么很容易理解測(cè)量壓力為什么會(huì)高于計(jì)算壓力值。他把自己的想法寫成論文并寫信告訴了阿累尼烏斯，表示完全贊同電離學(xué)說(shuō)。范霍夫關(guān)于電解質(zhì)溶液的浸透壓的文章在斯德哥爾摩發(fā)表后，引起了德國(guó)科學(xué)家威廉·奧斯特瓦爾德的極大興趣。幾個(gè)月后，他專程來(lái)到阿姆斯特丹，同范霍夫進(jìn)展了長(zhǎng)時(shí)間的交談。他倆一致認(rèn)為阿累尼烏斯的電離學(xué)說(shuō)是一種了不起的創(chuàng)造。奧斯特瓦爾德對(duì)范霍夫說(shuō)：“我認(rèn)為，這是一個(gè)新理論的開(kāi)端，它將會(huì)成為研究溶液特性的根底。而您本人的研究，將會(huì)證實(shí)和開(kāi)展這個(gè)理論。他還建議道：“事業(yè)需要大家更嚴(yán)密地進(jìn)展合作，把一切力量都結(jié)合起來(lái)。當(dāng)他得知阿累尼烏斯已決定要來(lái)阿姆斯特丹同范霍夫一起進(jìn)展實(shí)驗(yàn)，

15、隨后還要去里加拜訪他時(shí)，非?？鞓?lè)。1887年8月初，他們共同創(chuàng)辦的?物理化學(xué)雜志?第一期在萊比錫問(wèn)世。這標(biāo)志著一門新興的邊緣學(xué)科一物理化學(xué)的誕生。范霍夫同阿累尼烏斯、奧斯特瓦爾德的友誼與協(xié)作，使他們打破了國(guó)界和學(xué)科的局限，共同為新學(xué)科的創(chuàng)立奠基、為新興的根本理論確實(shí)立進(jìn)展了頑強(qiáng)的戰(zhàn)斗。固此，他們被譽(yù)為“物理化學(xué)的三劍客。范霍夫畢生從事有機(jī)立體化學(xué)與物理化學(xué)的廣泛研究，獲得了累累碩果，使他成為世界上第一個(gè)諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的獲得者。1901年12月10日，他來(lái)到斯德哥爾摩，“在瑞典科學(xué)院舉行的隆重的授獎(jiǎng)儀式上，發(fā)表了演講，他著重講到了關(guān)于溶液的理論方面的科學(xué)成就。范霍夫在化學(xué)上的這些創(chuàng)始性奉獻(xiàn)，說(shuō)明他

16、高于前人和他的同代人，從而得到了崇高的榮譽(yù)。這當(dāng)然與他自幼熱愛(ài)化學(xué)和在數(shù)學(xué)、物理學(xué)等方面的廣博而深逢的知識(shí)素養(yǎng)分不開(kāi)。然而，注意哲學(xué)修養(yǎng)、不斷探求科學(xué)方法更使他具有非凡的創(chuàng)造想像才能，小時(shí)候?qū)瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)的濃重興趣，后來(lái)變成了他獲得各項(xiàng)成果的根底。他重視實(shí)驗(yàn)，但又不像當(dāng)時(shí)絕大多數(shù)科學(xué)家那樣局限于狹隘的經(jīng)歷。他擅長(zhǎng)巧妙地運(yùn)用數(shù)學(xué)方法去整理實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并注意用類比等邏輯推理從數(shù)學(xué)方程式里面推導(dǎo)出一些理論上的新緒論，這是他創(chuàng)立物理化學(xué)新學(xué)科的重要方法。而在立體化學(xué)創(chuàng)立過(guò)程中，那么主要表達(dá)了他列模型方法以及科學(xué)假說(shuō)方法的深化理解和靈敏應(yīng)用、他總是站在哲學(xué)的高度去把握問(wèn)題的精華，勝人一籌。自1885年以后，范

17、霍夫一直被選為荷蘭皇家科學(xué)院成員。還先后中選為哥根廷皇家科學(xué)院、倫敦化學(xué)會(huì)、美國(guó)化學(xué)會(huì)以及德國(guó)研究院的外籍成員，獲得了許多榮譽(yù)獎(jiǎng)?wù)隆?901年他在承受了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)以后，應(yīng)邀訪問(wèn)了美國(guó)、德國(guó)等一些經(jīng)濟(jì)文化先進(jìn)國(guó)家，屢次得到榮譽(yù)博士學(xué)位。但他始終念念不忘報(bào)效自己的祖國(guó)。當(dāng)科研工作遇到困難時(shí)，他也曾屢次出國(guó)從事研究。然而，外國(guó)的高薪聘請(qǐng)、優(yōu)越舒適的生活條件都役能挽留住這位荷蘭人。一旦國(guó)內(nèi)有了適當(dāng)?shù)脑O(shè)備條件，他就決然返口祖國(guó)。他以罕見(jiàn)的熱情與干勁勤奮終生，他常常廢寢忘食，計(jì)以繼夜地每天工作10多個(gè)小時(shí)。年近花甲時(shí)，范霍夫終固長(zhǎng)期積勞成疾，彼越來(lái)越重的肺結(jié)核病困擾著。在當(dāng)時(shí)，這是種使人類束手無(wú)策的“不治之癥，使他日趨虛弱，身體消瘦，呼吸不暢。在朋友們的勸助下，他在柏林做了手術(shù)治療，卻仍不能恢復(fù)昔日的工作才能。頑強(qiáng)的范霍夫每天躺在病床上仍離不了看書(shū)、整理資料和寫日記。精神稍好一點(diǎn)，他就躺不住了，要求醫(yī)