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初露锋芒的年轻人

1872年1月,18岁的奥斯特瓦尔德进入了多帕特大学(今塔尔图大学),在著名的化学家施密特(C.Schmidt,1822—1894)及其助手伦伯格(J.Lemberg,1842—1902)指导下学习化学,还跟随大物理学家·厄挺格(A.vonOettingen,1836—1920)学习物理。

大学的学制只有三年,可是刚踏进大学校门的奥斯特瓦尔德似乎并不珍惜这可贵的课堂学习时光,却如鱼得水地参加各种课外活动。他担任里加大学生联谊会的负责人,出席各种茶话会,讨论诗歌、音乐、哲学、社会、人生等最能引起年轻人兴趣的问题;与几位志同道合的同学一起组成了一支四重奏弦乐乐队,他自己拉中提琴,还学吹巴松;常常去郊外写生,由于刻苦练习,风景画越画越好。就这样,时间在一天天过去,奥斯特瓦尔德的大学学业却荒废了。

其实,这不过是这个性格开朗、多才多艺的年轻人的表面放松。而在内心深处,奥斯特瓦尔德始终没有忘怀他一直钟情的科学研究。在痛痛快快地玩了一年多之后,他开始凭着惊人的记忆力和极强的自学能力补习被落下的课程。他只用了很短的时间就通过了候补学位考试(这是获取硕士、博士学位的必经阶段),于1875年1月大学毕业。随后,他一边担任厄廷格的助教,一边紧张地准备候补学位考试的另一项内容即研究论文的写作。在伦伯格的建议下,他以研究氯化铍溶液的水解程度作为自己的课题,结果表明,随着水量的不断增加,氯化铍溶液的水解程度逐渐增大。他以此为题写出了论文《关于水的化学质量作用》,获得了学校发给的候补学位证书。这是奥斯特瓦尔德的第一篇学术论文,标志着他学术生涯的开始。

19世纪70年代,德国化学家的注意力几乎被完全引向了正在取得辉煌成就的有机化学。

但从多帕特大学当时的教学和研究风格来看,专注有机化学的状况似已终止,如奥斯特瓦尔德的导师施密特教授曾是德国最有名的有机化学家罗斯(H.Rose,1795—1864)、李比希(J.Fvon Liebing,1803—1873)、维勒(F.Wohler,1900—1882)的学生,而在多帕特大学任教时,施密特完全投入了对地面和地表水中矿物成分的研究,从中寻找有关岩石形成的化学过程的资料。另一位导师伦伯格,则告诫奥斯特瓦尔德要密切注意化学平衡、质量作用、反应速度等问题,要他认识到自然界中没有绝对不溶的物质。

后来,奥斯特瓦尔德回忆起这段经历时说:如果当时自己是在德国而不是在多帕特学习化学,那么毫无的疑问他就会成为一位有机化学家。

在这个特殊的氛围中,对化学亲和力的研究,成为奥斯特瓦尔德科学生涯的开始,也是他在青年时代的主要任务。他试图用物理学的研究方法,从实验上探讨化学亲和力问题。前人提出可以用热化学数据来测量酸和碱的相对亲和力,而多帕特大学缺乏精密的量热仪器,但奥斯特瓦尔德使这个不足变成了一个优点,他相信可以用化学反应时的体积变化、溶液的折射指数、反应速度等来计算亲和力常数,从而对这些用不同方法得到的常数值进行比较,以此建立起一套获得这类数据的最精确、最通用、最简单的方法。

为了证实自己的想法,奥斯特瓦尔德把自己的实验结果同汤姆森(J.Thomsen,1826—1902)用量热计测得的亲和力进行了比较。另一方面,吉布斯(J.W.Gibbs,1839—1903)和亥姆霍兹(H.L.F.von Hilmholiz,1821—1894),也从热力学第二定律的角度证明:除了熵变为零的情况外,反应热一般不能用作化学平衡和反应性的判据。这说明汤姆森的热化学实验方法要比奥斯特瓦尔德的方法受更多的限制,这是因为许多物理性质如比容、折射指数、黏滞性、颜色、导电率和偏振度等的变化都与反应活性和浓度的变化有关,通过它们就可计算出平衡常数和自由能。奥斯特瓦尔德的重要贡献,在于他认识到在解决化学问题时运用物理学研究方法具有的独特优势,这在化学热力学中是特别有意义的。因为在平衡过程中用化学手段来分析反应成分,常会因平衡移动而受到障碍,但采用物理学方法就可以避免这种困扰。

奥斯特瓦尔德的硕士、博士学位论文研究,全是以这一思想为基础来开展的。他用比重瓶来测量酸碱中和反应前后的比容,然后根据比容的不同(在一定浓度和温度下)计算出中和反应的化学亲和力。在这个过程中奥斯特瓦尔德发现,他用膨胀计法得到的结果非常接近于用汤姆森法测得的“活动性顺序”,因而也成为古德堡—瓦格质量作用定律的另一佐证。这样,他完成了硕士论文《关于亲和力的体积化学研究》,于1877年获得硕士学位。在这里值得特别强调的是,多帕特大学的化学实验室缺乏能够精确量热的仪器,这对于热化学研究来说是非常不利的,但并没有限制奥斯特瓦尔德的研究,因为根据他的思想就可以用化学反应时的体积变化来计算亲和力常数而无须直接测量。“体积化学”就是在这个基础上提出的。

按照多帕特大学的学位制度,学生取得硕士学位后必须担任学校的无薪讲师,在有了一定的教学量之后才有资格获得博士学位。于是,奥斯特瓦尔德开设了物理化学课,每周两课时,结合自己的研究专门讲授化学亲和力问题。与此同时,他进一步扩大了研究范围,测定了大量酸碱反应和一些复分解反应的折射系数,从中获得有关反应性的数值,证实了由比容法所得的结果。

但他认为光学法不如体积法可靠。此外,他还把多相反应和均相反应同样看做是温度的函数,使“亲和力”成为体系中可以量度的一种性质。

1878年,奥斯特瓦尔德以《体积化学与光化学研究》为题,撰写的论文获得了化学博士学位。

1879年,英国剑桥大学的米尔(P.Muir)在一篇《化学亲和力》的综述文章中写道:“古德堡和瓦格的两篇论文(分别发表于1869年和1879年)和奥斯特瓦尔德的三篇论文(发表于1877—1878年),代表了近年来为最终解决化学亲和力问题所做的最重要贡献。奥斯特瓦尔德为化学提供了一种解决某些最困难问题的新方法。”这样,年仅26岁的奥斯特瓦尔德就已经确立了自己在物理化学领域的重要地位。

获得博士学位后,奥斯特瓦尔德继续担任施密特的助手,进行有关的研究。同时,他还接受了多帕特一所实科中学的聘请,给中学生上物理课和化学课,以此得到一些报酬来弥补作为助教的那点少得可怜的工资。他仍旧在大学乐队里拉中提琴,仍旧经常与校园里的音乐爱好者们交往,这样,他认识了一位外科医生的女儿H·冯·蕾尔(H.von Reyher,1854—1946)。冯·蕾尔与奥斯特瓦尔德一样,也是一个音乐迷。他们从相识、相知、相爱到1880年吉结伉俪,只用了很短的时间,但却相守、相伴了整整52年!也就是说,他们用了一生的时间来彼此爱恋。

1881年底,获得博士学位仅三年的奥斯特瓦尔德,在导师施密特的竭力推荐下,被聘为里加工业大学的化学教授,并在次年初赴任。里加工业大学是为了适应里加这座城市的日益工业化而刚刚设立的一所新学校。在这里他很快就表现出作为一名优秀教师的良好素质,并开始了一项重要工作,那就是在1885—1887年间,系统地考查了50年来物理学与化学的所有文献,在此基础上撰写了巨著《普通化学教程》(后再版)。这项工作的意义在于它综合了已有的处于物理与化学之间的所有问题,把物理化学确立为一门独立的化学分支学科。

由于出色的教学能力和研究能力,奥斯特瓦尔德的名声越来越大,校方还因此而得到了一笔专门为他修建实验室的特殊拨款。同时国外科学界也开始逐渐认识了他及他的工作。1887年德国莱比锡大学向他发出聘书,聘请他担任该校的第二个教授职位(第一个已由一位有机化学家担任),同时要求他指导药学专业的学生进行实验研究。由于有后一个要求,先接到聘书的范·霍夫(J.H.van't Hoff,1852—1911)、兰道尔特(H.Landolt,1831—1910)都已拒绝了聘请,但奥斯特瓦尔德却把它看作是一个天赐良机。原因之一是由于这时俄国政府已开始阻挠波罗的海地区德籍教授们的工作,旨在清洗德籍学者。奥斯特瓦尔德对这种做法非常反感,深感自己在俄国的地位危在旦夕。而更重要的是,莱比锡大学是一所一流大学,而且支持科学研究,可以为他提供一个能够充分发挥自己领导和宣传科学才智的舞台,这在里加是做不到的。于是,奥斯特瓦尔德欣然接受了聘请,从此开始了他科学生涯中最辉煌的一段篇章。 bMRsDGXbgLYr3MFa/VcFm8uQkbMoV2NYOZPBm2v/yOocndLgE8a1dBDnXxdkvWdM

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