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第16章 化学家的故事(16)

“兴趣是成功的动力”这句话是一个真理。索迪之所以在化学上取得卓越的成就,就是因为他对同位素的研究非常感兴趣,并对此进行了深入的研究。所以,不要轻易放弃自己的兴趣。

高分子化学的创立者——施陶丁格

化学理论告诉我们,日常生活用的棉、麻、丝等都是天然高分子化合物,从某种意义上来说,甚至连人本身也是一个复杂的高分子体系。在过去漫长的岁月中,人们虽然天天与天然高分子物质打交道,但对它们的本性却一无所知。而为我们揭开这一秘密的就是高分子科学的奠基人——德国化学家施陶丁格。

海尔曼·施陶丁格出生在德国的弗尔姆斯。在中学时,他曾对植物学发生浓厚的兴趣,所以中学毕业后,他考入哈勒大学学习植物学。后来他父亲转到达姆一所大学任教,施陶丁格也来到该城的工业大学改读化学。从此施陶丁格与化学结下不解之缘。22岁时,他完成了关于不饱和化合物丙二酸酯的毕业论文,从大学毕业。接着又来到施特拉斯堡继续深造。四年后,以他在实验中发现的高活性烯酮为题完成了博士论文,获得了博士学位。

19世纪30年代末,有个名叫古德意尔的美国人,偶然发现天然橡胶与硫黄共热后明显地改变了性能,使它从硬度较低、遇热发粘软化、遇冷发脆断裂的不实用的性质,变为富有弹性、可塑性的材料。这一发现的推广应用促进了天然橡胶工业的建立。天然橡胶这一处理方法,在化学上叫做高分子的化学改性,在工业上叫做天然橡胶的硫化处理。

进一步试验,化学家们将纤维素进行化学改性获得了第一种人造塑料——赛璐珞和人造丝。1889年法国建成了最早的人造丝工厂,1900年英国建成了以木浆为原料的粘胶纤维工厂,天然高分子的化学改性,大大开阔了人们的视野。1907年,美国化学家在研究苯酚和甲醛的反应中制得了最早的合成塑料——酚醛树脂,俗名电木。1909年德国化学家以热引发聚合异戊二烯获得成功。在这一实验启发下,德国化学家采用与异戊二烯结构相近的二甲基丁二烯为原料,在金属钠的催化下,合成了甲基橡胶,开创了合成橡胶的工业生产。

上述对高分子化合物的单体分析,天然高分子的化学改性的实践和在合成塑料、合成橡胶方面的探索,使人们深切地感到必须弄清高分子化合物的组成、结构及合成方法。化学家们一直搞不清它们的分子量究竟是多少,它为什么没有固定的熔点和沸点,不易形成结晶?

早在19世纪60年代,胶体化学的奠基人,英国化学家格雷阿姆曾将高分子与胶体进行比较,认为高分子是由一些小的结晶分子所形成。并从高分子溶液具有胶体性质着眼,提出了高分子的胶体理论。这理论在一定程度上解释了某些高分子的特性,得到许多化学家的支持。尽管也有化学家提出了不同看法,但均未引起注意。我们将支持格雷阿姆的高分子胶体理论的称为胶体论者。他们拿胶体化学的理论来套高分子物质,认为纤维素是葡萄糖的缔合体。所谓缔合即小分子的物理集合。他们还因当时无法测出高分子的末端基团,而提出它们是环状化合物。

接着,施陶丁格进而提出了高分子是由长链大分子构成的观点,动摇了传统的胶体理论的基础。胶体论者坚持认为,天然橡胶是通过部分价键缔合起来的,这种缔合归结于异戊二烯的不饱和状态。他们自信地预言:橡胶加氢将会破坏这种缔合,得到的产物将是一种低沸点的低分子烷烃,针对这一点,施陶丁格研究了天然橡胶的加氢过程,结果得到的是加氢橡胶而不是低分子烷烃,而且加氢橡胶在性质上与天然橡胶几乎没有什么区别。结论增强了他关于天然橡胶是由长链大分子构成的信念。随后他又将研究成果推广到多聚甲醛和聚苯乙烯,指出它们的结构同样是由共价键结合形成的长链大分子。施陶丁格的观点继续遭到胶体论者的激烈反对,科学的裁判是实验事实。正当双方观点争执不下时,瑞典化学家斯维德贝格等人设计出一种超离心机,用它测量出蛋白质的分子量:证明高分子的分子量的确是从几万到几百万。这一事实成为大分子理论的直接证据。到20世纪20年代后期,大分子的概念已得到与会者的一致公认。

20世纪30年代,施陶丁格总结了自己的大分子理论,出版了划时代的巨著《高分子有机化合物》,成为高分子科学诞生的标志。认清了高分子的面目,合成高分子的研究就有了明确的方向,从此新的高分子被大量合成,高分子合成工业获得了迅速的发展。

从化学的角度来看,日常生活用的棉、麻、丝等都是由天然高分子组成的化学化合物,揭开这个秘密的就是施陶丁格。

表面上,化学是离我们非常遥远的一门科学,实际上,化学知识就在我们生活的点点滴滴之中,就像我们日常生活中常用的棉、麻、丝等与高分子化合物的关系一样。青少年应该培养化学的研究精神。

发明超速离心机的斯维德伯格

西奥多·斯维德伯格是瑞典物理化学家。由于发明了超离心机并用于高分散胶体物质的研究,于1926年获得诺贝尔化学奖。

斯维德伯格出生在斯德哥尔摩附近的一座叫耶夫勒的美丽港口城市。他的父亲伊莱亚斯·斯维德伯格,是这个港口城市造纸厂的经理。

少年时期的斯维德伯格就在当地的公学里读书,但斯维德伯格的成绩很差,几乎门门都只勉强及格。校长恨铁不成钢,有一天当着好多同学的面,指着斯维德伯格的父亲开的造纸厂,毫不顾情面地痛斥他说:“瞧着,20年后这个纸厂就要倒闭在你的手里!”这时,他低垂着头,涨红了脸,心里愤恨极了。第二天,他再也不愿意见这个校长的面,悄悄地转到了斯德哥尔摩去读书了。

生来就有一股子犟脾气的斯维德伯格从此以后下定决心要发奋学习,以优异的成绩来洗刷耻辱。有志者事竟成,他后来被录取进入乌普萨拉大学。21岁时,他获得文学士学位,接着又获硕士学位。两年后,他担任了乌普萨拉大学的化学讲师。接着,他又荣获哲学博士学位。就这样,公学里校长的一席气话,成了斯维德伯格激励自己奋斗一生的巨大动力。

那位校长自从气走了斯维德伯格后,一直感到于心不安。斯维德伯格担任乌普萨拉大学的物理化学主任教授后,老校长从报上得知他的消息后,激动得几夜没睡好觉,私下给他写了封信表示歉意,并祝贺他取得成就。但是老校长失望了,始终没有得到他的回信。

39岁时,斯维德伯格又受聘为美国威斯康星州大学的教授。他专门研究胶体化学,发明了高速离心机,并用于高分散胶体物质的研究。他的这项发明使他成了举世仰慕的科学家。他的巨幅照片刊登在瑞典所有的报纸上,他成了最有权威的胶体化学家。就在这个喜庆的日子里,他的哥哥发给他一份电报,说是老校长病危,想最后见他一面。他接到电报后,马上给他哥哥回电:“我就赶回家乡!”他哥哥把电报拿给奄奄一息的病人看了。病人看到后顿时脸上露出了一丝笑容,渐渐闭上了双眼。斯维德伯格真的赶回来了,一听说老校长已经病逝,痛哭失声,悲伤极了。在安葬典礼上,等牧师刚一祷告完毕,他便从送葬的亲友群中缓步走到灵前,怀着沉痛而崇敬的心情说:“若没有老校长您当年的一番激励,哪会有我的今天?我今天的全部成就,都是出于老师的赐予!”这时,这个当初被他怨恨过的人,已成了他心目中最热爱的人了。

斯维德伯格首先致力于胶体化学基础理论的研究。他的博士论文《胶体溶液的理论研究》就表明了他在胶体领域中的巨大贡献。他所研究的胶质微粒的运动规律为布朗运动提供了实验根据。

在这以前,分子动力学理论虽已成为最完善的理论之一,但总缺乏事实根据。而分子和原子也从来没有人看见过,它们的存在只是一种假设,因而一些人表示怀疑。这就导致出现了离开物质而从能量方面寻找解决途径的唯能论倾向。正在这时,斯维德伯格用席格蒙迪的超显微镜对金溶胶内微粒数目的变动进行了观察和研究,他从实验统计中得到有关的方程式,竟与爱因斯坦粒子平均位移方程式完全符合,他所计算的阿佛伽德罗常数值为6.2×1023。这与爱因斯坦从动力学说所得的数值6.023×1023很接近,从而使布朗运动这一理论得到了充分的证实。斯维德伯格的研究成果巩固了分子动力学理论和唯物的宇宙观,这时他才23岁。在斯维德伯格的研究论文发表后,奥斯特瓦尔德在评语中承认了自己的错误。他推测说:“这篇论文的年轻的、天才的和有精力的作者,将来还可能有重大成果,预计他一定是正确的。”

后来果真不出所料,斯维德伯格不久就发明了超速离心机,它对研究蛋白质化学起了很大的促进作用。他所设计的每分钟旋转八万转以上的超速离心机可以得到比在地球表面上的重力加速度大几十万倍的力场。

除了超速离心机之外,乌普萨拉大学斯维德伯格研究所在他的主持下还创造了两种研究胶体和高分子物质的有效方法,即利用电泳和吸附现象来分离和纯化上述物质。

斯维德伯格曾说:“我记得爱因斯坦说过‘毫无准备的人休想在学术上有成就;而填了一肚皮稻草的人也讲究学问,则必然误尽苍生。’这句充满哲理的话,对于当今立志成才的青年,是一个忠告。只有对自己严格要求,扎扎实实地打下基础,将来在学术上才能有所成就。”

斯维德伯格逝世于斯德哥尔摩,终年87岁。斯维伯格是化学史上一颗闪耀的恒星,他的化学成就的取得得益于他对自己的严格要求和扎扎实实的化学基础,正所谓“工欲善其事,必先利其器”。

斯维伯格化学成就的取得得益于他对自己的严格要求和扎扎实实的化学基础,正所谓“工欲善其事,必先利其器”。因此,青少年一定要严格要求自己,才能取得更大的成功。

报国无望的鲁齐卡

利奥波德·鲁齐卡,瑞士化学家。他在天然芳香化合物、萜烯类和性激素研究的三个方面都获得了出色的成绩,1939年与德国的布特南特共同分享了诺贝尔化学奖。

奥波德·鲁齐卡,出生于南斯拉夫,童年时虽然家境贫寒,但他非常好学。小时候,鲁齐卡常提一些让母亲难答的问题。

“云彩为什么有的是红的,有的是白的?”

“水是从哪里来的?”

“我为什么不能读书?”

母亲非常喜欢鲁齐卡,想方设法克服一切困难,送他上学念书。鲁齐卡从小就相当懂事,特别珍惜这来之不易的学习机会,他特别喜爱物理和化学。他以优异的成绩完成中等学业后,就离开家乡,先后到过许多地方。他在苏黎世工艺学校院学习后,又来到德国求学。那时候,德国是欧洲的教育中心,鲁齐卡到卡尔斯鲁厄工业学院,潜心攻读化学。

19岁时,鲁齐卡以渊博的学识、幽默的言辞首次举行讲演,不少专家与学者都为他精彩的讲演所折服。不久,他着手撰写了博士论文《烯酮研究》。鲁齐卡怀着一颗眷恋祖国的赤子之心,回到祖国首都贝尔格莱德。当时的南斯拉夫,处于黑暗统治时期,四处令人窒息,空气异常沉闷。更令人气愤的是,那些当时的政府首脑,并不赏识他的才干,接二连三对他进行无情打击和恣意阻挠。

鲁齐卡被这些不公平的待遇所激怒,愤然再度出国。后来,鲁齐卡曾非常酸楚地回忆过这段令人不快的经历,他说:“我的祖国有过许多杰出人物,有的甚至影响了整个世界的文明和进步。非常遗憾,我却遇到那些昏庸的人,他们摧残科学人才,无疑是扼杀一个人宝贵的生命。我,不得不离开我的故乡。”

鲁齐卡来到他的第二故乡瑞士,四处筹集资金,搞了个香水制造厂。38岁时,鲁齐卡到荷兰讲学,这时他遇到卡尔鲁厄工业学院的老同学。听了鲁齐卡不幸的经历,这位老同学当即邀请鲁齐卡到乌德勒支大学工作,他很快成为苏黎世大学和乌德勒支大学教授。

鲁齐卡在有机化学方面的重要贡献是确定了异戊二烯规则,他还发现了许多具有香气的物质结构,用合成方法稳定了灵猫酮(灵猫香的有效成分),从而否定了阿道夫·拜尔关于多元环状化合物由于不稳定而不能存在的推论。

几年后,鲁齐卡和卡尔·齐格勒分别合成了麝香酮(麝香的有效成分)。鲁齐卡的成就在很多方面都很突出,他是第一个从固醇制备性激素并说明了它的详细结构的人。

极富戏剧性的是,当时南斯拉夫当局眼睁睁地看到鲁齐卡在国外成就卓著,而使所在国家大受其益,便立即电邀鲁齐卡回国效命。20世纪20年代末,鲁齐卡决定回国。

鉴于以往的经验教训,鲁齐卡决定在回国定居前再做一次试探性短期旅行。

做好了回国的准备后,鲁齐卡驱车前往南斯拉夫西北部的边境线。小汽车在哨卡前停了下来,坐在小汽车内的鲁齐卡向哨兵递上入境签证和身份证明。哨兵看过证件,正准备放行,站在哨所门前的那个中士突然开口道:“等等,请过来一下!”鲁齐卡走下车来,来到中士面前,盯着下达命令的中土,不易察觉地皱了皱眉头。中士接过证件仔细一看:利奥波德·鲁齐卡,42岁。卡尔斯鲁厄工学院哲学博士,苏黎世大学教授、乌德勒支大学教授化学系主任,瑞士芮芙香料制造厂厂长。

最后这个职务,为鲁齐卡带来麻烦。因为当时许多西方投机商常出没于南斯拉夫,伺机牟利,搅乱了正常的经济秩序。这时鲁齐卡的出现,自然成了重点怀疑对象。中士拿着鲁齐卡的证件,疑虑重重。最后,中士决定将鲁齐卡作为盘查的重点。

中士抬眼望着鲁齐卡,态度强硬地说:“先生,请稍候。委屈一下,这是执行公务。”说完,下令几个哨兵例行检查,并悄声耳语,特别嘱咐一个小头目道:“注意,认真点,越仔细越好!”

接着,中士进入哨所,接通贝尔格莱德总部的电话,请示最高行政长官。

哨所门前的空地上,鲁齐卡的行李被一一摊开,全都翻了个身。被翻乱的行李,像自己的主人一样,无声地抗议着。

鲁齐卡教授铁青着脸,望着生他养他的故乡热土,他的心中涌出一阵阵愤懑凄楚的惆怅。鲁齐卡微闭双眼,竭力控制住不平的思绪。

面对祖国的大好河山,鲁齐卡不觉摇了摇头,在心中默念:可爱的祖国,我回来了。可是,我却不能理直气壮地踏入国门半步,报国无门啊!

鲁齐卡多么渴望重返祖国,回到多年不见的亲人们身边。然而,重重的顾虑,无情地煎熬着这位满怀希望的国外赤子。鲁齐卡在哨卡前苦苦等待3个小时,漫长的180分钟,使他再也无法忍受,鲁齐卡伸手夺过自己的证件,愤愤地说:“我不打扰你们的长官了!”说完,鲁齐卡钻进自己的汽车,猛地一踏油门,朝原路开了回去。

鲁齐卡从此不再回来!

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