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奠基物理化学,推动催化理论——奥斯特瓦尔德

2022/7/21 8:34:54  阅读:484 发布者:

有这样一门学科,以物理的原理和技术基础,对化学进行更具广度的探索和归纳,这就是【物理化学】

这一概念虽然在1752就被俄国科学家罗蒙索诺夫提及了,但要说正式写进科学史,得归功于送奶工兼化学家的范特霍夫,以及他的挚友和老师、本期主人公——德国化学家、哲学家、语言学家、社会活动家

弗里德里希·威廉·奥斯特瓦尔德Friedrich Wilhelm Ostwald1853-1932

下面,咱就叫他奥斯特吧~

1887这哥俩儿共同创刊《物理化学杂志》,从此物理化学开始形成并蓬勃发展。作为新学科的领导者和集大成者,奥斯特喜提 物理化学之父之称。

Dr.奥好有范儿耶~

   穷小子爱化学   

185392,奥斯特出生在俄国-拉脱维亚-里加(注:当时属俄罗斯,今为拉脱维亚首都)。这家是德国移民的后裔,生活贫寒。

奥父是个手工匠人,薪水微薄,只能勉强维持家人温饱,母亲则是寻常的家庭妇女。一辈子受苦受穷的父亲知道,无论多难,都要让孩子去读书,至少有机会摆脱一辈子穷苦的命运。

想来上帝自有其安排~就在这个不起眼的底层家庭里,诞生出了未来诺贝尔化学奖的得主。这得给奥老先生点个大大的赞!

里加是真的美

奥斯特打小就很好学,且多才多艺,喜欢绘画和各类DIY,热爱阅读,对自然科学充满兴趣。在学校里,他思维活跃,充满创造力,已经表现得很与众不同了,喜欢一切未知的领域,并加以探索。

除了有事没事借阅各类书籍汲取知识,10多岁的小学生奥斯特,一言不合就喜欢动手”——捣鼓各种化学药品和生活材料,哪怕啥都不懂,搞不搞得成,也要试试看:比如研究底片反复冲印,比如制作能喷出三色火焰的烟火筒、简单小巧的爆竹……

很多时候他甚至不知道自己为啥要做这些,但下意识的指引冥冥中就让他离化学、物理等自然科学越来越近。

而且,他做的东西还都挺有模有样的,不过这个兴趣多少也影响到了学习。成绩开始不及格的小奥,还留级了2年。这臭小子~

咱就是说,老奥是真的明智有眼光,对此他没有特别生气,也始终不改初衷,坚信儿子不可能永远如此,甭管咋说,上学都是重中之重!

那时候,小奥的内心暗自渴望将来一定要做个化学家

18721,奥斯特进入多尔帕特(Dorpat)大学,攻读化学、物理等专业,师从施密特(Karl Schmidt)教授厄廷根(A.von Oettingen)教授。这里浩如烟海的文献典籍、专业丰富的实验场所,更是他多年梦寐以求。极强的记忆力和自学能力,让他上手、进步都很快。

大学期间,奥斯特发表了人生中第一篇论著《论水在化学上的质量作用》

毕业后,奥斯特开始着力于化学亲和力的研究。所谓化学亲和力”(chemical affinity) ,是指元素彼此相结合的特性或发生在原子之间而引起化学变化的一种作用,此概念后来演变为原子价和化学键。

他的研究表明,物理性质的定量值可能与伴随化学变化的量的改变有关,继而提供了关于化学反应组分的相对亲和力的信息,证明了物理学方法在解决化学问题时具有独特的优点。

后来的几年里,奥斯特分别发表了硕士、博士论文《关于亲和力的体积化学研究》《体积化学和光化学研究》,把对化学亲和力的研究开始由定性向定量方向发展

来自奥先生的凝视除了化学,人家还是哲学博士来的

   多维度看化学   

这当儿,奥斯特的读书生涯告一段落了,他依旧没有离开校园和研究所,继续搞研究、任教,全心投入化学&物理的世界。

1880,著书《普通化学概论》,重点宣传了物理化学的概念,以及范特霍夫关于化学动力学的工作进展。(戳这里回顾范爷的故事送牛奶的诺贝尔化学奖第一人——范特霍夫

可以想见,受限于时代发展进程,除了收到大部分人的认可与欢迎,奥斯特和此书同样受到不少固执学者的反对。这些人不接受物理化学的新型概念,认为只有发现元素、合成新物质等才算化学家的活儿,奥斯特被他们定义为离子家

咱奥先生临危不惧,带着世界第一部物理化学期刊《国际物理化学与化学物理研究》(德语Zeitschrift für Physikalische Chemie),即《物理化学杂志》,将物理化学从有机和分析化学中独立出来,做了最完美的反击。

左为范特霍夫,右为奥斯特瓦尔德

1881(又说是1882),奥斯特担任里加工业大学(现里加技术大学)的化学教授,开始建立实验室,继续进行化学动力学的系列研究工作。为此,他造访了各国多个一流实验室,与化学家亥姆霍兹拜耳等人进行了学术交流。

在相关研究中,他设计出一种有效的恒温器,问世后立即闻名,为众多实验室普遍采用。看吧,咱奥先生可不光是理论科学家,还是个发明家呢,科学手工达人没跑了~

1887,奥斯特来到莱比锡大学担任物理化学教授,后任物理化学研究所所长,莱比锡时期也是他学术生涯的黄金时代,他强有力的组织才能和研究才智得到了充分发挥。

在这里,他组建了先进的物理化学实验室,吸引了各国研究者的加入。在他的领导下,莱比锡大学成为当时欧洲物理化学研究的中心,多年来培养出众多优秀人才,其中包括3位获诺奖的学生——阿列尼乌斯(1903)、范特霍夫(1901)、能斯特(1920)

发现了没,还有学生比老师早得诺贝尔奖的。

他的学生弗里德里克·唐南说:当你遇到困难时,他总会解决的办法;当你没有困难时,他总能给你新的思路

除了针对化学热力学、化学动力学,奥斯特还进行了电离/电解质理论、溶液的依数性与结晶学、催化现象等方面的研究,其中催化这一课题尤为重要。

1890,提出自然界广泛存在的自催化现象,研究了异相催化过程;

1895,发表《催化过程的本质》,提出催化剂的另一个特点:在可逆反应中,催化剂仅能加速反应平衡的到达,而不能改变平衡常数

1902,提出著名的奥斯特瓦尔德过程,用氨气通过催化剂(例如铂)生成一氧化氮,进而反应得到硝酸

Emmm…这里插播一条不太美好的花絮……咱们的奥先生也有2次重大错误:一是创立唯能论反对唯物论,后通过布朗运动承认自己的认知错误;二是帮助一战中的德军制造军火(即上段所说,用硝酸来生产炸药),这以后的他,估计也意识到了严重性,自此不问世事了。好在,对科学事业,他始终怀揣赤诚之心。

要知道,奥先生是催化现象研究的开创者,更以在催化剂的作用、化学平衡、化学反应速率方面研究的突出贡献,荣获1909年的诺贝尔化学奖,举世闻名。

(关于催化/催化剂,我们还可以联想到一个人,快去看一杯生日酒带来的化学进步——贝采利乌斯

图为奥先生在讨论电流磁效应

都说奥斯特是个奇人,因为他的贡献不仅体现在单一方面,比如下面小编要提到的有点冷的小知识。晚年的他,一直在研究颜色和形状,努力寻找颜色的科学标准化。啊你没看错,这是条关于基本色彩体系的有趣研究。

相信美术专业的同学们此时应该记起来了,原来是他!

色彩体系有3种,分别是孟塞尔色彩体系奥斯特瓦德色彩体系以及PCCS色彩体系。咱们的奥先生,在1920年创立了奥氏色立体1921年出版了《奥斯特瓦德色彩图册》,修订后创立了色彩体系,对染料化学做出很大贡献。

所以说,奥斯特是真正意义上的色彩体系的元老~

奥斯特瓦尔德色立体
总之,除了在物理化学、催化、氨制硝酸、能量学、颜色学等科学领域作出开创性的贡献以外,奥斯特还是名副其实的哲学家、科学史家、心理学家、艺术家、语言学家、作家……关于他的成就和影响力,不胜枚举,确实让人想象不到,原来奥先生这么低调、传奇啊!

他享有盛名,任教大学,是多国科学院院士。在以化学为主的科学学科中,贡献非凡。他勤于笔耕,一生发表45本著作、500篇科学论文和5000篇评论文章,参与编辑、制订了6种科学杂志。

人们说,他是20世纪科学革命和哲学革命的先驱。同文艺复兴时期的达·芬奇一样,多才多艺,奥斯特瓦尔德绝对是位传奇式的天才和小能手。

转自: 建强伟业科研服务

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