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因此,克莱夫教授的挖苦话丝毫也没有使他丧失信心。他在走廊中缓慢地踱
着,思考着下一个步骤。
后来,他迅速地走下楼梯,到医学院去找那位也在研究化学的生理学教
授汉马尔斯腾去了。
汉马尔斯腾怀着极大的兴趣听了阿伦尼乌斯的介绍。他发现,这种想法
非常独特,而且是对现象的合理解释,建议他继续研究。
阿伦尼乌斯决定对他的想法进行理论上的概括并准备发表。
关于实验和计算的叙述以及成果的总结都已经写好了。余下的仅是思考
并写出第二部分——最重要的部分:关于水溶液中物质形态的理论上的总
结。手稿的篇幅相当长,因此只好把它分为两篇论文。第一篇题名为《电解
质的电导率研究》,第二篇题名为《电解质的化学理论》。这两篇论文于1883
年6月6日经斯德哥尔摩科学院讨论后推荐发表。它们发表于1884年初出版
的第11期《皇家科学院论著》杂志。
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三、电离理论受到攻击及重视
阿伦尼乌斯渴望留在乌普萨拉工作。收到这两篇论文的校样后,他就把
它们做为学位论文向大学提交。学术委员会接受了这两篇论文,并指定在
1884年5月进行考试。阿伦尼乌斯获得委员会的赞许,口试也答得很好。
余下的是听取克莱夫教授和塔伦教授对学位论文质量的意见。
论文中的实验部分任何人也没有异议。塔伦教授是满意的。不过,关于
电解质在水溶液中电离的新观点他却迷惑不解。他拿着材料到自己的同行的
工作室中去。
“克莱夫,你对阿伦尼乌斯的理论有什么意见?”塔伦问道。他原就想
到会是否定的回答,果然克莱夫不同意阿伦尼乌斯的想法,主要是他不认为
原子和离子之间存在着差别。
“纯粹是空想,我不能想象,比如氯化钾怎么会在水中分解为离子。钾
在溶液中单独存在的问题可能有吗?任何一个小学生都知道钾遇到水就产生
强烈反应,同时形成氢氧化钾和氢气。可是氯呢?它的水溶液是淡绿色的,
又有剧毒,而氧化钾溶液则是无色的,完全无毒。”
“对于实验部分我也有意见。这样难以置信的稀释!5/1000……1/10000
克分子!这几乎纯粹是水了!在那样的浓度下错误也就大了。”
……答辩进行得很激烈。特别费力的是同克莱夫教授的辩论,当时,教
授不同意关于在分子、原子和离子之间存在着本质上差别的想法。而阿伦尼
乌斯却证明,在溶液中,特别是在氯化钾的溶液中,存在的不是钾原子和氯
分子,而是这两种元素的离子。钾离子不同于中性的原子,它带阳电荷,因
此,性质上与中性原子不相似。氯离子带阴电荷,不同于两个原子的中性的
氯分子,而完全具有另一种性质。
溶液中的离子形成不取决于电流的想法从前就有人谈过。阿伦尼乌斯看
过1857年发表的鲁道夫·克劳胥斯的论文。这位著名的科学家在文中谈到一
种假设,即在水溶液中,不用通入电流,一小部分电解质就分解为离子。阿
伦尼乌斯通过实验证明了这个假说的正确性。他甚至还计算出,在氯化氢的
溶液中,有92%的溶解了的分子处于活性形态,换句话说,它们分解为离子。
这些结果也为其他科学家的实验所证实。例如,威廉·奥斯特瓦尔德并不是
研究电离过程的,可是,他在研究盐酸的催化作用时却查明,它的总量中只
有98%对过程起加速作用。这一数值与阿伦尼乌斯计算出的数值很接近的。
在用硫酸进行试验时,也得到相似的结果。根据奥斯特瓦尔德的意见,由于
浓度的不同,起催化作用的硫酸是50%—90%,而阿伦尼乌斯查明的数值则
是47。6%—85%。
尽管阿伦尼乌斯搜集了大量的实验材料以及无可辩驳的证据,但是,由
于委员会支持克莱夫教授和塔伦教授的意见,对论文答辩还是只给三级“评
语”。要知道,当时评语分四个等级,四级等于2分,三级等于3分,二级
等于4分,一级等于5分。
阿伦尼乌斯在论文答辩之后并没有灰心,他坚信自己是正确的。次日,
他把自己的两篇论文分别寄给欧洲最著名的研究溶液的科学家——波恩的鲁
道夫·克劳胥斯、杜宾根的洛塔·迈尔、里加的威廉·奥斯特瓦尔德、阿姆
斯特丹的范霍夫——每人一份。在回信中,这四个人对这位青年科学家的实
验结果和结论都给予肯定的评价。威廉·奥斯特瓦尔德对阿伦尼乌斯的工作
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表现了特殊的兴趣。他不仅对阿伦尼乌斯的工作给以肯定的评价,而且还在
信中提出有关研究酸的催化作用的许多问题,并建议他讨论共同感兴趣的问
题。这封信是奥斯特瓦尔德和阿伦尼乌斯日后频繁通信的开端。1884年7月
末,奥斯特瓦尔德写信给阿伦尼乌斯,表示他想到乌普萨拉来和他会面,并
讨论他们所感兴趣的问题。
当这两位科学家结束第一次简短谈话后,阿伦尼乌斯提议出去散散步。
午后的阳光照得人暖洋洋地。奥斯特瓦尔德观赏着修剪齐整的草坪和群芳吐
艳的花坛的美丽景色。他决定明天带速写簿来画下素材,把这美丽景色再现
在画布上。
暑假期间,在乌普萨拉大学的学生很少,但是,这个同阿伦尼乌斯进行
那样热烈讨论的、精神充沛的高个子却很引人注意。学位论文被可耻地否定
后,阿伦尼乌斯成为普遍注意的中心人物。大学生们兴奋地谈论着这次“最
高级”访问的原因。当大家知道斯德哥尔摩的奥托·彼得松的意见后,议论
变得更加激烈了。彼得松曾在一篇论文中这样评价阿伦尼乌斯:“阿伦尼乌
斯论文中的个别章节的学术价值之高,即使委员会给予最高分数也是不够
的”。
从见面时起,奥斯特瓦尔德和阿伦尼乌斯就都理解到他们的观点是吻合
的,科学兴趣也有许多共同点。阿伦尼乌斯的理论说明了酸的催化作用的原
因,而这是奥斯特瓦尔德所感兴趣的。在奥斯特瓦尔德的实验室中配制了许
多酸的溶液,现在,他们可以按照阿伦尼乌斯的方法进行实验了。在这个实
验室中,阿伦尼乌斯不必再用艾伦德的极简单的、不完善的仪器,而是包括
可以利用交流电防止电极的极化,有一点是明显的:阿伦尼乌斯需要赶快到
里加去。
次日,奥斯特瓦尔德和阿伦尼乌斯制定了今后共同工作的详细计划。奥
斯特瓦尔德向他介绍了大学里的同行。他对阿伦尼乌斯理论的看法,使克莱
夫教授很吃惊,但他仍然认为这个理论是荒谬的。
奥斯特瓦尔德的来访,阿伦尼乌斯得到彼得松教授的支持,以及广大社
会人士的意见,大学决定再次举行论文答辩。
答辩在1884年年终举行,进行得很顺利。阿伦尼乌斯在答辩之后,立即
被任命为物理化学副教授。但是,克莱夫教授继续固执己见,仍是阿伦尼乌
斯的激烈反对者。许多教师在克莱夫影响下,对阿伦尼乌斯的论文也持否定
态度。所有这些都刺激着敏感的斯万特。于是,他决定离开乌普萨拉,回到
斯德哥尔摩艾伦德教授那里去。
阿伦尼乌斯在那里继续研究电解液的导电性。但是,他的工作被他父亲
的突然去世所打断,他立即动身回乌普萨拉,在那里一直呆到秋天,因为需
要把有关遗产的一切事情办好,而这些事情比他设想的要复杂得多。现在,
阿伦尼乌斯拥有使他能完全献身于科学的资产了。
1885年秋天,他又回到了艾伦德教授的实验室继续工作。艾伦德教授对
待阿伦尼乌斯很热情,给以各种支持。这不仅是因为阿伦尼乌斯是一个快活
的、讨人喜欢的人,更重要的是由于艾伦德器重他的知识和敏锐的观察力以
及爱好钻研的精神。他运用自己的一切影响来帮助年轻的天才的学生取得不
少成就——年终时阿伦尼乌斯获得列特斯特德奖金。
现在他有可能到国外去旅行,了解欧洲各国最好的实验室。
新年过后,阿伦尼乌斯来到了里加。他终于能够实现两年前他和奥斯特
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瓦尔德共同制定的计划。在里加,他受到贵客一般的欢迎。奥斯特瓦尔德夫
人从自家的住宅中腾出一间房子供阿伦尼乌斯下榻,这样,他不仅能在大学
里同奥斯特瓦尔德见面,而且在家中,在晚间也能和他在一起。快活的爱说
俏皮话的阿伦尼乌斯一开始就博得了孩子们的欢心。每天,孩子们都焦急地
等待着他回来,门刚一打开,孩子们就欢叫着向他扑去。这个高个子男人爱
抚地把小伊丽萨白抱起来,接着就讲起有趣的故事来。
在这些充满紧张劳动的日子里,也还穿插着在奥斯特瓦尔德家中度过的
舒适的夜晚。装有先进仪器的实验室大大地减轻了工作量。阿伦尼乌斯和奥
斯特瓦尔德测量了各种酸溶液及带有非电解质的混合液的导电性。此外,他
们还研究了酸对醋酸乙酯皂化速度的影响。结果是很有意思的,而且成为后
来发表的几篇论文的基础。
到年终时,原定的计划已经完成,阿伦尼乌斯决定去符次堡,到电学巨
匠科尔劳什教授的实验室进行某些实验。
在科尔劳什那里,他结束了在里加开始进行的电解溶液内摩擦的研究工
作,然后就转向研究气体的导电性,以便搞清楚在气体介质中是否形成离于,
以及溶剂——水在电离过程中所起的作用。阿伦尼乌斯的想法吸引了科尔劳
什的助手瓦尔特·能斯特对他的工作特别感兴趣。 (瓦尔特·能斯特是德国
卓越的物理学家和物理化学家、化学史家;柏林大学物理研究所所长,在低
温方面他的论文最为著名;1905年,被聘为柏林大学教授;1906年,发现热
学定律——热力学第三定律;1888年,发表了电池的渗透理论,发展了扩散
电势理论;1890年,确立两种溶剂中被溶解的物质的分配定律;1920年,由
于热化学方面的著述而获得诺贝尔奖金;1927年,当选为苏联科学院名誉院
士)。
当时,能斯特专门研究物理问题,但是,在溶液中存在离子的想法却使
他非常感兴趣。能斯特同阿伦尼乌斯好起来了。这两位科学家的这种友谊是
特别富有成果的。几年以后,于1889年,能斯特创立了著名的电解质水溶液
中的电势理论。
阿伦尼乌斯经常留心学术出版物,迫切地等待着最新一期《瑞典科学院
院报》的出版,因为这一期将刊出范霍夫的论文,文章作者在去年就将此事
告诉了他的瑞典同行。
院报在1886年年底终于寄来了。阿伦尼乌斯在图书馆中坐读到深夜。范
霍夫在这篇论文中说,他观察到电解质水溶液的性质与渗透压定律以及拉乌
尔定律不相符合,并提出了一个等渗系数 i。范霍夫的材料充分证实了电解
质电离的理论。由解质溶液的冰点降低应该获得比预期的值要大,因为溶液
中的微粒多——部分的分子离解为离子。现在,利用系数i就能容易地计算
出电解质电离度,也就是可以知道溶液中分子电离为离子的分数。
阿伦尼乌斯利用文中引述的材料,列出一个式子,它把电解质电离度与
范霍夫的系数i联系在一起了。范霍夫在论文中列出了许多电解质溶液的系
数i的数值。于是,阿伦尼乌斯便按这个式子计算出了它们的电离度。
在这以前,阿伦尼乌斯测定的电解质的电离质仅是根据溶液电导率的实
验数据。用这种方法获得的结果与根据已列出的式子计算出的结果是否相符
呢?
阿伦尼乌斯用激动得发颤的双手拿来了旧日的实验记录。数据相符!用
完全不同的方法获得的数据都毫无疑义地表明,电解质溶液中所进行的电离
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只能用一个数来说明。
“如果从前我的关于电解质分子在水溶液中电离的想法只被看做是一种
假说的话,那么,现在,在范霍夫的论文发表以后,则毫无疑问,是一种理
论了。”
热烈而又紧张的劳动开始了。最初,阿伦尼乌斯写了两篇论文:《水溶
液中物质电离作用的计算》和《论稀释盐溶液的加合性》,想把它们寄回国
去发表。但是,由于欧洲的科学家们实际上都不懂得瑞典文,他便把两篇论
文压缩成为一篇:《论水溶液中物质的电离》,并于1887年用德文发表。在
这篇论文中,阿伦尼乌斯阐述了经过周密思考的电离理论。他谈到电解质分
子离解为带电离子,提出了“电离作用”和“电离度”的概念,引用了丰富
的实际材料来证实自己的理论,以及提供了电解质的电离值计算方法,因而
从定性假说向准确的定量理论迈进了一步。
此后不久,阿伦尼乌斯和能斯特便到格拉茨去,在波尔兹曼那里继续工
作。波尔兹曼是奥地利物理学家,气体动力理论 (“波尔兹曼常数”)、统
计物理和热力学方面的一些巨著的作者;积极反对奥斯特瓦尔德和马赫主义
的唯心主义的“唯能论”。
四、电离理论三同盟
阿伦尼乌斯同范霍夫进行频繁的通信,这两位科学家感到需要会面,以
便交换意见并共同进行研究。电离理论还需要有人支持,目前还只是少数人
懂得和真正重视它,还需要有新的事实、新的理论研究。
1888年初,阿伦尼乌斯动身到阿姆斯特丹去。出发之前,他先到吉尔同
马科斯·普朗克——一位最早采纳他的理论的人——会面。普朗克是德国卓
越的物理学家,他对黑体辐射中能量分布方面的研究(“普朗克定律”,1900
年)奠定了量子物理学发展的基础,他确立了“普朗克常数”,进行过统计
物理学和相对论方面的研究工作,他对马赫主义进行了批判,1918年,普朗
克获得诺贝尔物理学奖金。
当时阿伦尼乌斯与普朗克谈话所涉及的主要是运用古德堡和瓦格质量作
用定律于电离平衡的问题。普朗克已经进行过几次实验,他惊异地指出:古
德堡和瓦格定律不适用于强电解质。
阿伦尼乌斯到达阿姆斯特丹时,范霍夫就用问题来欢迎他:
“质量作用定律不适用于强电解质,您知道吗?”
“我和普朗克已经谈过这种现象。”阿伦尼乌斯答道。
“那就又产生一个问题:在这种情况下,谈论电离作用和平衡的确定难
道还有什么意义吗?”
“您想错了”!阿伦尼乌斯激动地说。“强电解质稀释时离子浓度增加
不大,而弱电解质稀释时溶液中的离子浓度却增加到15—20倍。弱电解质是
最好的研究对象,正是要用它来检验质量作用定律”。
范霍夫沉默了一会儿,然后对他的助手说道:“好吧,莱赫尔,把盐溶
液暂时放下。现在我们要用有机酸进行检验,它们都是弱电解质。”
莱赫尔最初用醋酸进行的测量表明,质量作用定律仍然有效,而且与稀
释无关,平衡常数的值并不改变。这一点使这两位研究家有了信心,于是他
们兴致勃勃地继续工作。阿伦尼乌斯进行了一系列与电解质溶液冰点降低有
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关的测定,来计算范霍夫的系数,然后计算电离度。根据这些资料就能够找
出莱赫尔用实验方法测定的电离常数。
不久,威廉·奥斯特瓦尔德发表了一篇短文,报导他在把质量作用定律
运用于弱电解质时成功地推论出一种简单的关系,他把它叫做稀释定律。范
霍夫和莱赫尔在对他们的测量结果整理之后也得出这种关系。
“这是您的理论正确性的不容置疑的证明”。范霍夫向这位瑞典科学家
祝贺。
过了一段时间之后,阿伦尼乌斯结束了他计划做的实验就到莱比锡去
了。他想再次会见他的老朋友奥斯特瓦尔德。现在,奥斯特瓦尔德领导莱比
锡物理化学研究所,并在他的实验�