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1884年瑞典化学家阿伦纽斯（Arrhenius，1859－1927）提出的电离学说，是化学发展中的一次带有革命性的重要发现。它同原子论、分子论和元素周期律等学说一起，共同奠定了现代化学的理论基础。阿份纽斯由此荣获了1903年的诺贝尔化学奖金。但是，电离学说从刚刚诞生起就遭到了化学权威们的嘲讽、责难和打击，以至不得不在经历了一场艰苦和激烈的斗争以后才得以确立。 一个新学说的提出 1799年，意大利物理学家伏特（A．Volta，1745－1827）发明了电池以后，化学家戴维（Davy，1778－1829）、法拉第（Faraday，1791－1867）、格罗特斯（Grotthuss，1785－1822）、希托夫（Hittorf，1824－1914）、拉乌尔（Raoult，1830－1901）和克劳胥斯（Clausius,1822-1888）等人就陆续开展了电化学和溶液理论的研究，并取得了不少重要成果。但是，对于溶液中电解质性质的认识，主导的看法却仍然是认为只有在外界电流的作用下电解质才可能离解为带电的离子。这样就还未能揭示出电解质溶液的本质，阻碍着化学的发展。 1882年，年仅32岁的青年学者阿份纽斯，在前人成果的基础上进行了溶液导电性的研究。他在实验中发现，氨气本身虽然并不导电，然而其水溶液却可导电，而且溶液越稀，导电性越强。1883年，他对这一现象进行了深入的理论分析。他认识到，要想得到解释，就必须打破流行的传统观念，假定溶液中的电解质在无外界电流的作用下，就可以存在两种形态，即非活性（分子）态和活性（离子）态。当溶液稀释时就可以使前者更多地转化为后者，从而使导电度增强。他并依引撰写出科学论文，准备进行博士学位的答辩。1884年，他在此基础上发表了题为《电解质的导电性研究》的论文，公开提出了电离学说。 不久，新学说就进一步得到了许多科学实验的证实。1886年，著名德国化学家奥斯特瓦尔德（Ostwald，1853－1932）在研究酸的催化作用中发现，酯的水解速度和蔗糖的转化速度，都取决于酸解离后生成的氢离子的浓度，证实了酸是发生了电离。同年，著名荷兰化学家范霍夫（Vant Hoff）在研究电解质溶液的渗透压（P）时发现，实际测出的P值总要比理论（依公式PV＝PT）计算出的P值高很多，需要附加上一个系数（I）进行校正（使公式成为PV＝Irt）由于P值的高低系取决于溶液中溶质的微粒数目的多少，因此，P值的增高就是微粒数目增多的表现，是电解质电离成更多离子的证明。此外，阿伦纽斯又从溶液的导电率、渗透压和冰点降低等不同侧面对I值进行了精确有测定，惊人的发现都是一致的。这说明此类不同侧面的现象原来都是同一的电离过程的种种表现。因此，I的存在正是对电离学说的一个定量的、更有力的证明。这样，电离学说就从一个科学假说提升为一个精密的定量的科学理论。对此，阿伦纽斯在1887提又发表了题为《关于溶质在水中的离解》的论文，其中引用了更为精确的实验结果，并以“电离”和“电离度”等明确的概念代替了“活化”和“活化系数”等不大明确的概念，对电离学说进行了比较全、系统和深入的阐述和论证。至此，一个具有科学创见的新学说终于最后形成了。 传统偏见势力的发难 阿伦纽斯学说用崭新的思想揭示了电解质溶液的本性，破除了当时流行的权威理论的束缚，这使它从一向世起就遭到了以一些化学权威为代表的传统偏见势力的发难。 1883年，阿伦纽斯把新学说的思想汇报给了母校瑞典乌普萨拉大学的克列维（Cleve，1840－1905）教授这位化学家曾因发现狄（Ho）等稀土元素而闻名于世，同时在地质学和植物学的研究上也有很高造诣。阿伦纽斯热切期望能得到他的支持和帮助。然而没有想到他在听了以后，却毫不掩饰地大加嘲讽说，阿伦纽斯的想法“纯粹是胡说八道”，是把“鼻子伸进不该去的地方”了。阿伦纽斯后来回忆说，他是“让我明白，要他再细听这种滑稽可笑的议论，就要降低他的身价了”。 1884年，阿伦纽斯在乌普萨拉大学博士学位答辩会上宣读了论文后，教授们“个个怒不可遏”，觉得难以容忍这种“荒谬绝伦”的想法，认为“纯粹是空想”。克列维说，“我不能想象，比如，氯化钾怎么会在水中分解为离子。钾在溶液中能独立存在吗？任何一个小学生都知道，钾遇水就产生强烈反应，同时形成氢氧化钾和氢气；氯的水溶液是淡绿色的，又有剧毒。可是氯化钾的水溶液却是无色的，完全无毒”。他们认为，这些事实似乎就充分“证明”电离学说是一种“无稽之谈”了。新学说在乌普萨拉大学遭到了几乎所有化学家和物理学家的冷遇。然而实际上正是这些专家们自己未能分清原子和离子的本质区别而犯了错误。 对电离学说的责难并不止此。当阿伦纽斯论文公开发表以后，就遭致了更大规模和更加猛烈的攻击。英、德、法、俄等许多国家的化学家，其中包括一些在声望上远远超过克列维教授的著名化学家，都群起而攻之，形成了一条国际化学界的反对阵线。为首的就是大名鼎鼎的、以发现元素周期律而享有极高盛誉的俄国化学家门捷列夫，此外还有以研究溶液理论著称的英国化学家阿姆斯特朗（Armstrong，1848－1837），以发明溶液渗透膜闻名的法国化学家特劳贝（Traube，1826－1894），以研究溶液电动现象受到德国人民尊敬的德国化学家魏德曼（Wiedemann），以建立“溶液蒸汽张力”定律知名的俄国化学家柯诺瓦洛夫（KohobaЛob，1856－1929），以及化学家皮可林（Pikering）和别凯托夫（Бeketob）等等。他们认为，由于电离学说违背了戴维和法拉第所建立的经典的电化学理论，因而是“奇谈怪论”，“不值一提”，迟早会被推翻。对此，门捷列夫预言说，“这个假说随着时间的转移将占有如燃素论所早已占有的那种地位”而必将失败。它像燃素学说一样，虽然也“曾有过不少热心的捍卫者”，然而却是在“捍卫一种不正确的假说”。电离学说受到了传统偏见的暴风雨般的打击，严重地影响了这一新学说的确立和传播。 “离子主义者联盟”的最终胜利 年轻的阿伦纽斯在化学权威们的攻击面前并没有表现怯懦、动摇和丧失信心。他坚信自己从科学实验中概括出来的学说是正确的，并决心为捍卫科学的真理而进行一场不屈的斗争。正如化学家帕尔美（Palmaer）评价他时所说，“他那真正瑞典人的性格——特别好斗，然而又温厚，并同那有声有色的幽默相结合，就使他能够在战斗时很好地认清事态”。他勇敢地投入了斗争。 为了寻求知音者的支持，他在那次论文答辩后的第二天，就把论文分别寄给了另外几位著名的化学家奥斯特瓦尔德、范霍夫、克劳胥斯和梅耶尔（Meyer，1814－1878）等人，征求他们的意见。这些化学家同门捷列夫等人的保守态度相反，都给予了积极肯定。特别是奥斯特瓦尔德颇感兴趣，还不远千里亲自来乌普萨拉同他一起讨论。范霍夫也很重视新学说，称赞它是“物理化学史上的一次革命”。这样，阿伦纽斯、奥斯特瓦尔德和范霍夫等三人就组成了一个巩固的“离子主义者联盟”，团结一致，共同向保守势力展开了斗争。他们的人数虽然不多，然而却掌握着可靠的事实，被誉为是一支“能征善战”和不断取得胜利的“离子学家的奇军”。斗争的不断胜利，使阿伦纽斯深受鼓舞。他说，自己能够“经历并直接参加如此蓬勃的科学发展，乃是一种唯有幻想才能及的最大幸福”。 但是，旧思想在一些化学家的头脑中还是根深蒂固的。许多化学家仍然在报刊和杂志及学术会议上不断攻击电离学说，“告诫”青年千万不要醉心于那种狂妄的荒谬的新学说。阿伦纽斯不得不写出一篇篇文章进行批驳。他同奥斯特瓦尔德和范霍夫等人一起回答了诸如电解质电离的能量来源，电荷相反的离子未成对结合的原因，亲和力强的电解质反而易电离的道理等一系列具体问题，进一步提高了电离学说的说服力。1889年门捷列夫又发表了《溶质离解简论》，对电离理论进行了再次抨击。阿伦纽斯则立即予以回击，强调指出，虽然门捷列夫的观点得到了许多著名化学家的支持，但是也“不能同意这位伟大的俄国化学家的见解”，因为他“忽视了构成离解理论的那种东西的主要部分”，没有看到“大量的物理化学问题都是靠了渗透压和电离理论才得到解决的”。 经过了反复和艰苦的斗争以后，电离学说逐渐赢得了越来越多科学家的承认。著名德国物事学家普朗克（Plank，1858－1947）以他严谨的热力学观点给予了有力支持。著名奥地利物理学家玻尔兹曼（Boltzmann，1844－1906）和著名荷兰物理学家范德华（Vander Waals，1837－1923）等人也都积极肯定。电离学说提供的大量科学事实已经是无可非议和无可辩驳的了。这样，电离学说终于征服了一个个艰难险阻，取得了最后胜利，促进了化学进展。 电离学说的确立，消除了电解质溶液渗透压反常的矛盾，解释了酸的催化作用机理，揭示了酸的氢离子的共同本质，建立了原子和电子的联系，并为价电子理论的形成提供了前提。它阐明了溶液电导和冰点降低等一系列物理化学现象的实质，并奠定了做为“离子科学部门”的分析化学的理论基础，使其从一种操作技艺提升为一门科学。此外，它还指导了所有溶液化学反应（也是大多数化学反应）的研究。它的确立，无愧是继原子论、分子论和元素周期律之后，在化学发展中取得的又一重大理论成果。 电离学说的作用还远远超过了化学学科本身的界限。它进一步沟通了化学和物理学的联系，促进了物理学的发展。它还有力地指导了制碱制氯、熔盐电解和有色冶金等生产实践，使化学工业和冶金工业取得了重大进展。它“被证明在现代科学一切部门中都旧适用而有益的”。因此，有的科学史家把电离学说视为19世纪科学发展中的“最大总结之一”是并不过分的。阿伦纽斯作为电离学说的创建者获得了一系列崇高的荣誉。1901年当选为瑞典皇家科学院院士。1903年荣获英国皇家学会的戴维勋章。同年，又荣获诺贝尔化学奖的获得者。1905年至1927年间荣任诺贝尔物理学和化学研究所的理事长，直到逝世。这些荣誉，正是他和他的“离子主义者联盟”在捍卫科学真理的斗争中所取得胜利的标志。 ------------------ 亦凡公益图书馆扫校 |
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