第十八章 “无稽之谈”
——受权威们责难的电离学说
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。