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185300902-19320404威廉·奧斯特瓦爾德 袁和弟自20120902摘編自互聯(lián)網(wǎng) 百科名片 威廉·奧斯特瓦爾德 威廉·奧斯特瓦爾德是德國物理化學(xué)家。1853年9月2日生于俄國拉脫維亞里加，1932年4月4日卒于萊比錫。1872年入愛沙尼亞多爾帕特大學(xué)學(xué)習(xí)，1878年獲化學(xué)博士學(xué)位。1881年任里加工業(yè)大學(xué)化學(xué)教授。1887年任萊比錫大學(xué)物理化學(xué)教授，1898年兼物理化學(xué)研究所所長，1906年退休。
目錄 1 能量學(xué) 展開 1 能量學(xué) 展開 威廉·奧斯特瓦爾德 威廉·奧斯特瓦爾德（德語：Wilhelm Ostwald；拉脫維亞語：Vilhelms Ostvalds，1853年9月2日－1932年4月4日），德國物理化學(xué)家。他提出了稀釋定律，對電離理論和質(zhì)量作用定律進行了驗證。 他將化學(xué)熱力學(xué)原理引入結(jié)晶學(xué)和催化現(xiàn)象的研究中，對大量現(xiàn)象給予了解釋，并成功的完成了催化劑的工業(yè)應(yīng)用，提出了奧斯特瓦爾德過程。他同時也是出色的教材作者和卓越的學(xué)術(shù)組織者，創(chuàng)立了很多期刊，培養(yǎng)了大量的年青研究者，使得物理化學(xué)得以成為一門獨立的科學(xué)和其他化學(xué)的理論基礎(chǔ)，因此被認為是物理化學(xué)的創(chuàng)立者之一。另外他在顏色學(xué)、科學(xué)史、哲學(xué)方面也有獨到的貢獻。1909年因其在催化劑的作用、化學(xué)平衡、化學(xué)反應(yīng)速率方面的研究的突出貢獻，被授予諾貝爾化學(xué)獎。 1853年奧斯特瓦爾德出生于利沃尼亞地區(qū)的里加（當(dāng)時屬于俄羅斯帝國管轄，現(xiàn)為拉脫維亞首都），父親是一個箍桶匠，母親是面包師的女兒，兩人都是波羅的海德國人。奧斯特瓦爾德是他們的次子。奧斯特瓦爾德少年時被送入自然科學(xué)教育和實用技術(shù)并重的一所文實中學(xué)（Realgymnasium）進行學(xué)習(xí)，這使得他比較早的接觸到了自然科學(xué)知識。1872年1月他進入利沃尼亞地區(qū)歷史最悠久的多帕特大學(xué)（現(xiàn)名塔爾圖大學(xué)，屬愛沙尼亞）就讀，在化學(xué)家卡爾·施密特和施密特的助手Johann Lemberg的影響下對化學(xué)產(chǎn)生了濃厚的興趣，學(xué)會了有機與分析化學(xué)中常用的各種定量分析方法和關(guān)于化學(xué)親和力、化學(xué)平衡和反應(yīng)速率方面的基本原理。 1875年大學(xué)畢業(yè)后，奧斯特瓦爾德留在多帕特大學(xué)，在物理學(xué)家阿瑟·范·奧丁根的指導(dǎo)下，進行了各種物理分析手段的訓(xùn)練，這奠定了他之后一直堅持的研究方向與方法：結(jié)合物理手段與化學(xué)分析來進行科學(xué)研究。他開始對丹麥物理學(xué)家尤利烏斯·湯姆森（Julius Thomsen）提出的通過測量反應(yīng)放出的熱量來比較化學(xué)親和力的假設(shè)產(chǎn)生興趣。他希望類似的通過測量化學(xué)過程中的體積變化和折射率的變化來比較物質(zhì)的化學(xué)親和力，為此他作了大量的實驗，在1878年底以《體積化學(xué)與光化學(xué)研究》的論文取得博士學(xué)位。奧斯特瓦爾德在這一階段所做的的獨創(chuàng)性研究，使得他的研究工作開始被科學(xué)界所重視。1880年奧斯特瓦爾德和海蓮內(nèi)·馮·賴黑爾(Helene von Reyher)結(jié)婚，生有五個孩子，其中的沃爾夫?qū)?/SPAN>·奧斯特瓦爾德后來成為膠體化學(xué)研究的核心人物。 1881年奧斯特瓦爾德回到里加，擔(dān)任里加綜合技術(shù)學(xué)院（現(xiàn)里加技術(shù)大學(xué)）的化學(xué)教授。他開始建立實驗室和開展他感興趣的化學(xué)動力學(xué)的研究工作，希望可以通過比較化學(xué)反應(yīng)的速率來比較各種物質(zhì)的化學(xué)親和力，為此他在1883年1月對歐洲大陸的先進實驗室進行和考察，并和當(dāng)時一流的化學(xué)家亥姆霍茲和拜耳等人進行了交流。1884年他讀到了烏普薩拉大學(xué)博士生斯凡特·奧古斯特·阿累尼烏斯的畢業(yè)論文。阿累尼烏斯在論文中提出了電離假設(shè)，不被教授們接受，只得到了很低的分數(shù)。奧斯特瓦爾德則很感興趣，當(dāng)年夏天，已經(jīng)在化學(xué)界小有名氣的奧斯特瓦爾德前往瑞典和阿累尼烏斯見面，這被認為是對初生的電離理論的支持。1885年起奧斯特瓦爾德設(shè)計和進行了大量實驗，提出通過測量電導(dǎo)來估計弱酸弱堿在稀溶液中的電離度的方法。 奧斯特瓦爾德在里加的另一個重要工作是編寫與翻譯化學(xué)著作。他從1880年開始寫作《普通化學(xué)概論》這一教科書，并不斷希望用新的物理化學(xué)進展來詮釋其中的概念。同時他努力宣傳阿累尼烏斯和荷蘭物理化學(xué)家雅各布斯·亨里克斯·范托夫關(guān)于化學(xué)動力學(xué)的工作，這些著作出版后大受歡迎，但也受到不少學(xué)者的反對。因為當(dāng)時歐洲大陸很多學(xué)者囿于有機化學(xué)和分析化學(xué)的經(jīng)驗，認為只有發(fā)現(xiàn)元素和合成新物質(zhì)是化學(xué)家的工作，而稱奧斯特瓦爾德等人為“離子家”。面對這種責(zé)難，奧斯特瓦爾德創(chuàng)辦了世界第一種物理化學(xué)期刊《國際物理化學(xué)與化學(xué)物理研究》（德語：Zeitschrift für Physikalische Chemie），努力將物理化學(xué)從有機和分析化學(xué)中獨立出來。 1887年奧斯特瓦爾德接受聘請，擔(dān)任德國萊比錫大學(xué)的化學(xué)教授，他一直任此職到1906年。在這將近二十年的時間中，奧斯特瓦爾德的杰出的研究能力和學(xué)術(shù)組織才能充分體現(xiàn)了出來。他組建了先進的物理化學(xué)實驗 室，吸引了整個歐洲各地乃至美國的年輕研究者前來。在他的領(lǐng)導(dǎo)下，萊比錫大學(xué)成為當(dāng)時歐洲物理化學(xué)研究的一個中心，正如他的學(xué)生弗里德里克·唐南所說的“當(dāng)你遇到困難時，他總會解決的辦法；當(dāng)你沒有困難時，他總能給你新的思路”。這一階段他的研究方向主要有化學(xué)熱力學(xué)、動力學(xué)、溶液的依數(shù)性和催化現(xiàn)象等 奧斯特瓦爾德邀請阿累尼烏斯和范托夫前來訪問和工作；邀請電學(xué)理論和實驗基礎(chǔ)都很扎實的瓦爾特·能斯特作為助手以繼續(xù)對于電離理論和質(zhì)量作用定律的實驗論證。1888年奧斯特瓦爾德從質(zhì)量作用定律和電離理論出發(fā)推導(dǎo)出描述電導(dǎo)、電離度和離子濃度關(guān)系的奧斯特瓦爾德稀釋定律，并且通過大量實驗數(shù)據(jù)驗證了這一關(guān)系： Kp：在溶液極稀時近似為常數(shù)。電離度：c(A-) 陰離子濃度：c(K+) 陽離子濃度：c0：弱酸或弱堿的整體濃度 c(KA)：電離后電解質(zhì)的濃度。 這一定律使質(zhì)量作用定律和電離理論成功地應(yīng)用在處理部分電離弱酸弱堿體系，為這兩個當(dāng)時尚是假設(shè)的觀點提供了支持。同時奧斯特瓦爾德敏銳的感覺到化 學(xué)反應(yīng)的級數(shù)問題，和范托夫共同提出了通過濃度隨時間的變化來估算化學(xué)反應(yīng)級數(shù)的方法，自己又提出了孤立法以解決復(fù)雜反應(yīng)的級數(shù)問題。1891年奧斯特瓦 爾德又使用電離理論成功解釋了酸堿指示劑的原理。 奧斯特瓦爾德熟化的基本表示 在對溶液的物理化學(xué)研究方面，奧斯特瓦爾德遇到了難以控制穩(wěn)定溫度的問題，于是他邀請恩斯特·奧托·貝克曼作為助手設(shè)計精確的溫度測量設(shè)備（即后來所稱的貝克曼溫度計）和恒溫槽，以便精確的研究稀溶液的依數(shù)性，如溶液加入電解質(zhì)或者其他組分之后產(chǎn)生的蒸氣壓下降、沸點上升、凝固點下降等現(xiàn)象。他們用這套設(shè)備驗證了拉烏爾定律，并對范托夫當(dāng)時提出的滲透壓等概念進行了測量。1900年左右奧斯特瓦爾德在對溶液粘度性質(zhì)的測量時，發(fā)明了奧斯特瓦爾德黏度計，至今仍然被廣泛使用，另一說是由他的兒子沃爾夫?qū)?/SPAN>·奧斯特瓦爾德所發(fā)明。 另外他還使用精確的溫度測量設(shè)備進行了大量的結(jié)晶學(xué)研究，將物理化學(xué)中的自由能概念引入對結(jié)晶過程的分析，提出了兩個至今常用的概念. 一是奧斯特瓦爾德規(guī)則： 即液體在結(jié)晶過程中，并不會直接生成最穩(wěn)定的晶相，而是先生成最不穩(wěn)定的晶相，然后隨著溫度的繼續(xù)降低或者時間的推移，逐步向更穩(wěn)定的晶相轉(zhuǎn)變，所以在晶體中會存在多中晶相共存的情況。另一個是 奧斯瓦爾德熟化（Ostwald Ripening）： 如同右圖中描述的，溶液中產(chǎn)生的較小的晶體微粒因曲率較大，能量較高，所以會逐逐漸溶解到周圍的介質(zhì)中，然后會在較大的晶體微粒的表面重新析出，這使得較大的晶體微粒進一步增大。這一過程近來已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在納米粒子的制備中。 催化現(xiàn)象的研究 除了電離理論、溶液的依數(shù)性和結(jié)晶學(xué)以外，奧斯特瓦爾德還是催化現(xiàn)象研究的開創(chuàng)者。“催化”這一概念是由瑞典化學(xué)家貝采利烏斯最先提出的，提出后就遭到尤利烏斯·李比希的反對，隨后的幾十年中，對于催化劑和催化現(xiàn)象的本質(zhì)的爭論一直沒有終止。1888年奧斯特瓦爾德提出他所認為的催化劑本質(zhì)，即“可以加快反應(yīng)的速度但不是 反應(yīng)發(fā)生的誘因”，這一定義被當(dāng)時的化學(xué)界普遍接受。1890年他發(fā)表文章，提出了自然界廣泛存在的”自催化”現(xiàn)象。之后他和助手喬治·布瑞迪希（Georg Bredig）合作，對異相催化過程進行了研究。在1895年他發(fā)表了《催化過程的本質(zhì)》，提出了催化劑的另一個特點：在可逆反應(yīng)中，催化劑僅能加速反應(yīng)平衡的到達，而不能改變平衡常數(shù)。 他把催化的理論知識迅速應(yīng)用于工業(yè)化學(xué)項目：在1902年提出了著名的奧斯特瓦爾德過程，即氨氣通過催化劑（例如鉑）作用被氧化生成一氧化氮，一氧化氮在空氣中氧化為二氧化氮，二氧化氮和水反應(yīng)生成硝酸和一氧化氮，生成的一氧化氮可以重新利用。這一過程實際上在1838 年就已經(jīng)被人申請了專利，但是當(dāng)時還無法獲得大量的氨氣作為原料，所以只有學(xué)術(shù)上的意義。奧斯特瓦爾德遇到了類似的困難，直到1908年左右他獲知了德國化學(xué)家弗里茨·哈伯等人的合成氨工藝，才將這一制取硝酸的方法工業(yè)化，這一方法使得肥料和炸藥的產(chǎn)量大量的增加，正如奧斯特瓦爾德自己所說的“工業(yè)的關(guān)鍵在于催化劑的使用”，但這一方法也被德國用于生產(chǎn)第一次世界大戰(zhàn)中所需的炸藥。后來這一過程后來經(jīng)過奧斯特瓦爾德的學(xué)生馬克斯·博登斯坦（Max Bodenstein）等人的的改進，一直應(yīng)用到現(xiàn)在。 能量學(xué) 玻耳茲曼 1887年奧斯特瓦爾德初任萊比錫大學(xué)教授時候的演講的題目是“能量與其轉(zhuǎn)變”，當(dāng)時他的結(jié)論是物理化學(xué)對能量的研究可以補充其他化學(xué)對物質(zhì)的研究，能量和物質(zhì)都是實體，但1891年左右他開始形成了他的“能量學(xué)”（energetics）概念，認為能量是唯一真實的實在，物質(zhì)并不是能量的負載者，而只是能量的表現(xiàn)形式。他隨即將這一理論推廣到了化學(xué)領(lǐng)域，主張物質(zhì)和原子、分子的概念都是多余的，各種現(xiàn)象能夠用能量及其轉(zhuǎn)化來滿意地加以解釋，這引起了其他科學(xué)家的極大反對。1895年他在德國呂貝克自然科學(xué)家會議上發(fā)表了“克服科學(xué)的唯物論”的講演，這是他公開反對原子論的宣言，當(dāng)即遭到主張原子論的路德維希·玻耳茲曼的激烈反對。自此奧斯特瓦爾德和恩斯特·馬赫成為對原子假設(shè)持懷疑態(tài)度的代表，和玻耳茲曼、馬克斯·普朗克等人產(chǎn)生了長期的論戰(zhàn)。中國大陸因為受到意識形態(tài)的影響，按照列寧的觀點把他的能量學(xué)稱為”唯能論”，并將這一論戰(zhàn)描述成唯心與唯物的斗爭。 不過奧斯特瓦爾德一直仍跟玻耳茲曼保持朋友的關(guān)系，并且在1900年成功說服萊比錫大學(xué)聘請當(dāng)時因和馬赫的論戰(zhàn)而處于困境的玻耳茲曼為教授。1906年他在和阿諾·索末菲的談話中表示，他通過讓·巴蒂斯特·皮蘭關(guān)于布朗運動的實驗才轉(zhuǎn)變過來。并在1909年《普通化學(xué)概論》第四版的序言中公開承認了一方面由于約瑟夫·湯姆生在氣體離子方面的工作，另一方面也由于讓·巴蒂斯特·皮蘭的關(guān)于布朗運動的實驗對與愛因斯坦的數(shù)學(xué)模型的符合，使得他自己接受了原子論假設(shè)的合理性。有趣的是，反對原子假設(shè)的奧斯特瓦爾德卻是較早的采用摩爾這個名詞來衡量物質(zhì)的量的科學(xué)家，他在1900年左右定義當(dāng)物質(zhì)的質(zhì)量等于其分子量時該物質(zhì)為1摩爾，而后又定義當(dāng)氣體在標況下的體積為22.4L時，該氣體為1摩爾。 萊比錫時期的奧斯特瓦爾德修訂了《普通化學(xué)概論》，并在1892年翻譯出版了美國物理化學(xué)家約西亞·威拉德·吉布斯的經(jīng)典之作《論非均相物體的平衡》，而當(dāng)時吉布斯的著作由于充滿了數(shù)學(xué)推導(dǎo)，在美國還沒有人關(guān)注。他的這一譯本和勒沙特列在 1897年出版的法文譯本使得吉布斯關(guān)于相平衡的想法被歐洲大陸所接受。他開始組織批注和出版《奧斯特瓦爾德精密科學(xué)的經(jīng)典作家》叢書，收集了從亥姆霍茲 的《論力的守恒》開始的經(jīng)典科學(xué)文獻，便于人們進行科學(xué)與科學(xué)史研究。他還組織了德國電化學(xué)學(xué)會和撰寫了巨著《電化學(xué)：歷史與理論》。 1904年起逐步把興趣轉(zhuǎn)向能量學(xué)和哲學(xué)研究的奧斯特瓦爾德和希望他專心于教學(xué)和行政任務(wù)的萊比錫大學(xué)產(chǎn)生了不和。此時正值美國和德國設(shè)立了交換教授的計劃，奧斯特瓦爾德即成為第一位交換教授，前往美國。他在哈佛大學(xué)、麻省理工學(xué)院、哥倫比亞大學(xué)講授哲學(xué)，使用物理化學(xué)的觀點來講解化學(xué)，受到歡迎。1906年奧斯特瓦爾德從美國回到德國后即從萊比錫大學(xué)退休，開始投身到自己感興趣的研究和社會活動中。 奧斯特瓦爾德色相立體模型 1910年之后奧斯特瓦爾德還進行了顏色學(xué)的研究，制定了衡量顏色的筆筒的測量標準，提出了奧斯特瓦爾德色彩系統(tǒng)。 在這個系統(tǒng)他認為所有顏色都可以通過“黑”(B)，“白”(W)和“純色”(F)三種成分按照一定的面積比例旋轉(zhuǎn)混色得到，而且 W+B+F=100(%)。所以描述一個特定顏色，只要給出三種變量的具體數(shù)值就可以了，這使得顏色的調(diào)配不必完全依靠視覺，而有了類似科學(xué)的定量化方法。 接著他用類似于三相相圖的辦法將純色，黑，白放在正三角形頂點，形成了“等色相三角形”。這樣使得整個系統(tǒng)秩序嚴密,配色時極為方便。 奧斯特瓦爾德晚年參加了大量的國際和平運動。并加入了創(chuàng)建國際語言的運動，開始學(xué)習(xí)世界語，后來支持伊多語的發(fā)展。1909年奧斯特瓦爾德因“在催化作用與化學(xué)平衡和反應(yīng)方面的工作，以及由氨制硝酸的方法”獲得了諾貝爾化學(xué)獎，隨即把部分獎金捐助，進行伊多語的發(fā)展。1910年-1912年奧斯特瓦爾德和恩斯特·海克爾成為一元論運動的代表人物，并擔(dān)任“一元論同盟”的主席。之后他甚至希望建立國際科學(xué)家學(xué)會，以增加各國學(xué)者的交流，但這個愿望被一戰(zhàn)而打破。一戰(zhàn)中他的制取硝酸的專利被用于制造炸藥，而他參與的很多學(xué)會都停止了活動。1927年他完成了具有重要史料價值的《生命線·自傳》一書，總結(jié)了自己幾十年的研究經(jīng)歷和學(xué)術(shù)活動。1932年奧斯特瓦爾德因尿毒癥在萊比錫去世，葬于當(dāng)?shù)兀诔錾乩锛佑兴募o念碑。 《自然哲學(xué)概論》 1902，有中譯本。李醒民譯,北京:華夏出版社,2000年1月第1版。 《電化學(xué)：歷史與理論》1910 《普通化學(xué)概論》 第五版 1917年 《生命線·自傳》（1927） |
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