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电离学说的产生和发展

来源:未知作者:童建军 点击:所属专题: 近代化学 电离理论
硫酸铜水溶液为什么是蓝色的,酸、碱、盐水溶液为什么能够导电,这是很容易理解和回答的问题,可是在阿伦尼乌斯生活的年代,电离学说却是一种难产的化学理论。 1. 金科玉律不容改变 水溶液中存在离子的想法是由水能够被电解而产生的。早在19世纪,道尔顿曾经错误地认为水是

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硫酸铜水溶液为什么是蓝色的,酸、碱、盐水溶液为什么能够导电,这是很容易理解和回答的问题,可是在阿伦尼乌斯生活的年代,电离学说却是一种难产的化学理论。


      1.金科玉律不容改变

  水溶液中存在离子的想法是由水能够被电解而产生的。早在19世纪,道尔顿曾经错误地认为水是一种不可分的化学元素,自从伏打发明了电池以后,英国化学家尼科尔森(W.Nicholson,1753~1815)和卡里斯尔(A.Carlisle,1768~1840)便利用电池产生的电流,以铂为角极,使加了少量电解质的水发生电解反应。结果,与电池负极一端相连的铂电极上逸出的氢气的量恰好是从另一个铂电极上逸出的氧气的量的两倍,由此证明了水是可以用电分解的,它不是一种化学元素。

德国化学家格罗特斯(C.J.D.Grotthuss,1785~1822)在解释水的电解反应的机理时指出:"在电流的作用下,水分子变为带负电荷的氧原子和带正电荷的氢原子。带负电荷的氧原子与正极接触,电荷被中和,变成氧气析出;带正电荷的氢原子与负极接触,电荷也被中和,变成氢气析出。"

  英国化学家和物理学家法拉第(M.Faraclay,1791~1867)在论文"关于电的实验研究"中的提法就更加明确了。他认为,在电解时,溶液中的电流是由带电荷的电解分解产物来传输的。他把电解前未分解的物质叫做电解质,传输电流的电解产物叫做离子,带正电荷并向阴极移动的离子称为阳离子;带负电荷并向阳极移动的离子称为阴离子。

 格罗特斯和法拉第的主要观点可以归结为一句话:"离子是在电流作用下产生的。"由于法拉第在当时是精通电磁学理论的权威人士,因此,科学界把法拉第的观点视为金科玉律。权威的理论不容改变,在科学发展史上是历来存在和并不少见的。


      2.向金科玉律提出挑战

但是,也有一些科学家认为,作为一种科学理论,往往也会有它不完善的地方,需要不断地补充和发展。甚至,还可以有少数理论是错误的,需要推倒并重新建立起正确的理论。这些科学家就是科学界涌现出来的探索者,他们并不满足于接受前人的结论,而是不断地去发展它。

在发展电离理论的过程中,拉乌尔较早地向法拉第的金科玉律提出挑战。拉乌尔研究稀溶液的依数性,他认为,盐溶液的凝固点下降值比相同摩尔浓度的非电解质稀溶液的高,似乎可以解释为酸、碱、盐溶液中的溶质质点数比相同摩尔的非电解质溶液中的溶质质点数要多。由此他得出了初步的结论:"溶液中的酸、碱、盐分子可能像气体的离解一样,也有某种程度的离解。"也即拉乌尔的观点是:"测定凝固点的水溶液并未通过电流,但盐分子依旧离解了。"

由于观念是根深蒂固的,拉乌尔提出的实验根据并没有能够改变法拉第的观点,"先通电流,后有离子"的观点仍然在化学界占统治地位。

真正敢于并以无可辩驳的实验事实向旧观念提出挑战的是阿伦尼乌斯。


      3."奇谈怪论"的制造者

阿伦尼乌斯在瑞典乌普萨拉大学毕业后,开始研究电解质溶液的导电性质。他在瑞典皇家科学院完成了足够数量的实验工作后,写出了题为"电解质的导电性研究的论文",论文的主要观点和结论是:第一,电解质溶液在水中就会自发地、大量地离解成为正、负离子。即使没有电流通过溶液,溶液中也存在着离子。这一点与传统的观念(必须先在溶液中通过电流,然后才能产生离子)是截然不同的。第二,溶液越稀,电解质在水中的电离学说的产生和发展电离度越大,当将溶液进行无限稀释时,电解质分子几乎全部变成了离子。

电离学说很好地解释了沸点升高和凝固点下降的实验,非电解质在水溶液中不会电离,一个分子只起着一个质点的作用。对于一元强酸和一元强碱生成的盐,在水溶液中几乎完全电离,一个分子起着两个质点的作用。

阿伦尼乌斯准备将他的论文送交乌普萨拉大学进行博士学位论文答辨,事先将论文送交过去的老师克利夫教授,希望得到支持,但阿伦尼乌斯受到的却是教授的冷嘲:"要他细听这种滑稽可笑的议论,就是降低他的身份。"

在论文答辩时,教授们听着阿伦尼乌斯大胆的设想,一个个怒不可遏,因此论文几乎受到乌普萨拉大学所有的化学和物理学教授的冷遇。当然,博士论文最后还是通过了,但对论文的评分却是"不无可嘉",被评为四级论文。按照当时的习惯,大学当局只能授予他博士学位,不能让他担任讲师,因为评分必须是"可嘉"者才能获得讲师职位。

电离学说也遭到一些外国科学家的怀疑和反对,远在俄罗斯的门捷列夫说:"电离学说不过是一种奇谈怪论,不值得一提,它和燃素说一样,肯定会破产的。"

所有这些科学家反对电离学说的理由是这个学说不符合当时流行的权威学者的观点?电解质在溶液中必须通过电流的作用才能产生离子,不能自发产生离子。"


      4."奇谈怪论"的知音 

阿伦尼乌斯提出的电离学说虽然受到了许多非难,但他并不因此而气馁。为了找到支持人,他将论文分别寄给德国莱比锡大学教授奥斯特瓦尔德和范特霍夫,两人在当时已是有名的化学家。

 这篇论文引起了奥斯特瓦尔德极大的兴趣,他发现论文中所提出的观点太重要了,马上写了一篇论文的摘要,寄给当时具有权威性的《物理化学》杂志。由于奥斯特瓦尔德的威望,论文摘要很快就发表了。

 奥斯特瓦尔德并不因为阿伦尼乌斯年轻无名而小看他,前者采取了与当时那些墨守陈规的反对电离学说的科学家截然不同的态度,热情洋溢地赞扬和支持阿伦尼乌斯。当年曾经轻视阿累尼斯的克利夫教授看到奥斯特瓦尔德亲自来到乌普萨拉大学,与阿伦尼乌斯共同探讨电离学说时,克利夫感到非常惊讶,并不解地问奥斯特瓦尔德:"你真的认为在烧杯中有钠离子和氯离子在游来游去吗?"奥斯特瓦尔德则截钉截铁地回答:"是的!"

范特霍夫在收到阿伦尼乌斯的论文后,并安排阿伦尼乌斯到阿姆斯特丹大学进行研究,提供最好的实验条件。

 

      5."奇谈怪论"获得诺贝尔奖   

 阿伦尼乌斯得到了奥斯特瓦尔德和范特霍夫的支持,他说:"他们把我当成同事,而不是把我看成不懂事的小学生。"对于饱尝被人看不起滋味的阿伦尼乌斯,一旦遇到了科学上的知音,立刻感到"奇谈怪论"平反有望了。

这三位杰出的化学家结成强大的联盟,被称为"物理化学三剑客"和"离子主义者",终于使电离学说得到科学界的普遍承认。

1903年,这位"奇谈怪论"的制造者因提出电离学说而荣获诺贝尔化学奖,是全世界第三位获得诺贝尔奖金的化学家。范特霍夫比阿伦尼乌斯获奖更早,是全世界第一位获得诺贝尔奖金的化学家。奥斯特瓦尔德则在1909年获诺贝尔化学奖。

(责任编辑:化学自习室)
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