第一章 諾貝爾化學獎1901
獲得者:雅各布斯·亨裏克斯·範托夫
獲獎原因:發現了化學動力學法則和溶液滲透壓
探尋化學反應中的時間痕跡
人物故事:
諾貝爾化學獎開山祖師
1852年8月30日,雅各布斯·亨裏克斯·範托夫出生在荷蘭鹿特丹的一戶人家。他的父親是一名醫學博士,在鹿特丹非常有名。範托夫的父親非常重視對孩子的培養,再加上範托夫天資聰穎,他從小就表現出過人的智慧。
中學時期的範托夫對化學產生了濃厚的興趣,性格各異的化學元素和變幻莫測的化學反應,深深的吸引著範托夫,他做夢都想摸一摸那些實驗器具,親自操作一場化學實驗。有一次,範托夫趁人不注意偷偷溜進實驗室做實驗,結果被老師發現了。範托夫的行為觸犯了學校的禁令,老師念在他平時表現優秀,沒有帶他去見校長,但還是通知了他的父親。這位牙醫父親在了解了事情的經過後,為兒子不規矩的舉動深感尷尬,但轉念一想,範托夫之所以違反禁令正是由於他對學習的熱愛和刻苦鑽研啊,這實在不應該被過分責備。於是他把自己原來的一間醫療室讓給了範托夫,讓他盡情發揮自己的化學天份。範托夫欣喜若狂,他整天待在自己簡陋的實驗室裏,用雙手創造著五彩繽紛的化學“魔法”。這個時候誰也沒有想到,這個癡迷於化學實驗的孩子日後會成為一名真正的化學家。
那個時候在荷蘭,人們對化學很有偏見,認為從事化學研究沒錢可撈又難成大事,許多化學家甚至連飯都吃不飽,還要打零工貼補研究費用。所以當中學畢業的範托夫告訴父親他想成為一名化學家時遭到了強烈的反對,父親希望他踏實學習一門手藝過上衣食無憂的生活,孝順的範托夫最終聽從了父親的意見進入大學學習工藝技術。然而上天怎麼肯放過這樣一位有潛質的化學家?大學期間範托夫仍堅持著心愛的化學研究,他優異的成績和化學天賦受到了化學教授的器重,勤勉好學的範托夫兩年就完成了所有的大學課程,此時的他堅定了要畢生從事化學研究的理想。畢業後的範托夫遠走他鄉拜師學藝,為繼續從事化學研究他吃了許多苦頭,遭了很多白眼。上天總是公平的,經曆了重重考驗的範托夫終於拜得名師,學有所成。他如願以償地成了一名化學家,並以他出色的研究成果得到了整個化學界的認可,成為化學史上第一位諾貝爾獎的獲得者。
科普解讀:
無處不在的化學反應
在我們的日常生活中,時時刻刻都在進行著化學反應。
剛剛建好的小屋,我們通常會用熟石灰粉刷一遍牆壁。如果你認為,這樣做僅僅是為了使它看上去美觀、整潔,那你可就錯了。熟石灰和空氣中的二氧化碳發生反應,會生成碳酸鈣和水,而碳酸鈣是一種不溶於水的白色堅硬物,大量的碳酸鈣不僅保持了牆麵的淨白,而且會使牆壁更加結實。剛剛刷好的牆壁摸上去濕漉漉的,正是這場化學反應中產生的水在悄悄的作怪。
知道了各種各樣神奇的化學反應,熱愛思考的你有沒有想過怎樣才能得知它們反應的快慢呢?其實早在一百多年前,化學家範托夫就想到了這個問題,經過反複的觀察和思考,他提出了化學動力學法則,用來研究化學反應在單位時間內的快慢。
我們所熟知的,炭在空氣中燃燒會生成二氧化碳,可為人所不了解的是,如果我們在空氣中加入一些氧氣,反應速度就會加快,炭會燃燒得更加凶猛旺盛一些;如果將燃燒著的炭放在氧氣較少的空氣中,反應速度則越來越慢,到最後,炭甚至會逐漸熄滅。如果想要全麵了解炭在燃燒過程中的反應速率,就需要借助化學動力學的知識了。我們可以測出反應壞境中氧氣的濃度和炭的純度,以及炭燃燒完所需要的時間,然後通過分析它們之間的關係,從獲取的參數中找出化學反應速率的特征。
化學動力學跟我們的生活息息相關,在我們平時見到的藥物包裝上,都會有一個保質期,過了保質期再使用,這些藥品不僅不會治好我們的病,還有可能會危害身體健康。這是因為在保質期內,藥品雖然也在不斷進行著降解,卻始終在安全食用的範圍內。若是超過這個期限,食品就會發生某些化學反應而變質,藥物也會因過度的降解失效。所以,我們一定要做個細心的人,買東西的時候看清楚保質期再行動,這樣才能最大的程度的保證我們的健康。
諾貝爾化學家1902
獲得者:赫爾曼·埃米爾·費歇爾
獲獎原因:在糖類和嘌呤合成中的工作
嘌呤與糖類的締造者
人物故事:
失敗的商人和成功的化學家
1852年10月9日,在德國萊茵河附近的烏斯吉小城,當地富有的企業家勞倫茲·費歇爾剛剛喜得貴子,他給兒子取名赫爾曼·埃米爾·費歇爾。小費歇爾上麵有五個姐姐,他是家裏唯一的男孩,又是最小的孩子,大家都很寵愛他。
費歇爾小時候喜歡跟著父親在他的工廠裏玩耍,年幼的他看到工廠的工人為了研製出質量好的暢銷產品,經常會進行大量的化學實驗。但是由於工人們普遍缺乏化學知識,實驗總是失敗,父親也因此愁眉苦臉。“如果以後我能成為一個化學家,就可以幫助爸爸解決難題了!”看著父親緊鎖的眉頭,夢想就這樣悄無聲息的在小費歇爾的心中生根發芽了。
中學畢業後,費歇爾想要進入大學攻讀心愛的化學專業,然而他的企業家父親並不想讓唯一的兒子投身化學,而是希望費歇爾能夠繼承龐大的家族企業。為了不讓老父親傷心,費歇爾聽從安排到父親的木材公司實習,學習管理家族生意。可是這讓費歇爾很難受,因為他對商業一點兒也不感興趣,情有獨鍾仍是當初在他心中萌芽的化學。他在木材廠建了一個簡易的化學實驗室,整天埋頭做實驗,根本無心理會工廠的事情。
他的父親對此大為失望,同時也深感當初對他做出了錯誤的強製,為了彌補之前的過錯,父親隻能放棄讓他經商的念頭,認為“這孩子太笨,不是經商做買賣的料,隻能繼續讀書”。這個在當時看來無奈的決定竟使日後的化學界多了一顆巨星,我們不得不感歎命運的神來之筆。被“放棄”的費歇爾如獲大赦,以第一名的優異成績如願以償地考入波恩大學學習他最愛的化學。
對家族生意漫不經心的費歇爾在對待化學的態度上可絕不馬虎,反倒追求極致,達到了精益求精的境地。為了追求更好的實驗設備和研究環境,他轉入斯特拉斯堡大學學習有機化學,在這裏他遇到了影響他終身的恩師——鼎鼎大名的化學家拜耳。拜耳非常喜歡這個勤奮好學的學生,並精心地加以培養。在恩師的指導下,費歇爾不僅全麵掌握了化學的最基礎的知識,同時獲得了化學實驗技巧的嚴格訓練。憑借著自己對夢想孜孜不倦的追求,赫爾曼·埃米爾·費歇爾終於成為有機化學領域中最知名的學者之一,並捧起了諾貝爾化學獎的獎杯,向世人證明了自己。
科普解讀:
組成遺傳密碼的“字母”——嘌呤
我的眼睛和鼻子像爸爸,嘴巴和下巴像媽媽,大人們說這叫遺傳,遺傳真是一件神奇的事!可是關於遺傳的奧妙你又了解多少呢?
根據科學家的研究,我們知道,遺傳並不是無規律可循的,它是由我們體內的DNA分子做指揮領導實現的。在我們的體內的每個細胞中,都有一條神奇的長鏈聚合物潛伏著,它的名字叫做DNA,這裏是遺傳信息的藏身之處,要想解開這些信息,你就得破譯其中的密碼。現在就讓我們來了解一下組成遺傳密碼的字母之一——嘌呤吧!
嘌呤是一種雜環化合物,它在每種生物體內都大量存在著,但本身在自然界中無跡可尋。作為生物之一的我們體內有多種形態不同的嘌呤,其中數量最多的要數腺嘌呤、鳥嘌呤和次黃嘌呤。腺嘌呤、鳥嘌呤和兩種嘧啶化合物共同構成了DNA上遺傳密碼的“字母”,破譯了這些“字母”的排列順序就可以解開神奇的遺傳密碼,不過這個看似簡單的工作其實超級複雜呢,到目前為止科學家也沒能完全破譯基因密碼,不過關於它的研究可一直勤奮的行走在路上呢。
如果你認為嘌呤隻在貯存及複製遺傳信息方麵有所貢獻,那你就太低估它了。身為細胞中核物質的重要組成元素,嘌呤在能量供應、代謝調節及組成輔酶等方麵都起著十分重要的作用。嘌呤能夠與核糖或脫氧核糖反應形成9-糖苷,並與磷酸生成核苷酸存在於我們的身體中。科學家還在一些核糖核酸分子中發現了某些更為厲害的甲基化嘌呤衍生物,比如腺嘌呤的三磷酸化合物——三磷酸腺苷(ATP),每分子的三磷酸腺苷中含有兩個高能磷酸鍵,它是唯一可以被生物組織直接利用的高能化合物,是許多生理運動及化學作用的能量來源。身體內部經過分解代謝的嘌呤一部分經回收合成途徑而被細胞重新利用,還有一部分被進一步氧化成尿酸,隨著尿液排除體內。一旦我們身體內部嘌呤的代謝被打亂,就會引起人體尿酸過高,從而導致痛風。
現在,大量神通廣大的嘌呤化合物已經被用作化學治療藥物投入到醫學領域,比如一些抗腫瘤藥以及退熱藥等,給無數病人帶來了福音。
諾貝爾化學家1903
獲得者:斯萬特·奧古斯特·阿累尼烏斯
獲獎原因:提出了電離理論
會導電的水溶液
人物故事:
“無師自通”的天才少年
1959年2月19日,瑞典烏普薩拉附近的維克小鎮,一聲嬰兒的啼哭打破了小鎮的寧靜,斯萬特·奧古斯特·阿累尼烏斯在當地一個地產商人家庭裏來到了這個世上。阿累尼烏斯出生不久,他的父親便受邀擔任烏普薩拉大學的總務長,於是他們舉家搬到烏普薩拉城生活。在那裏,阿累尼烏斯度過了快樂的童年時光。
阿累尼烏斯小時候便非常聰明,是遠近聞名的神童,天資聰慧的他3歲便能跟著廣告牌子認字。那時阿累尼烏斯的父母工作很忙,沒時間專門教他,他的啟蒙教育可以說是“無師自通”。每當哥哥約翰在寫作業時,小阿累尼烏斯便搬著小凳子在旁邊仔細地看著,慢慢地竟認識了不少詞法,不僅如此他還憑著個人特有的天賦,從算術書上看懂了一些簡單的算法。6歲那年小阿累尼烏斯已經能夠協助父親算帳了,他的聰明讓父親都大為驚歎。
入學後,這個聰明好學的孩子似乎有著使不完的旺盛精力,他總能想出一些奇怪有趣的點子弄得老師哭笑不得。而且隨著他的認知逐漸完善,父親發現小學的課程已遠遠滿足不了阿累尼烏斯填不滿的求知欲望,考慮再三之後,父親隻好提前把他送進中學。
進入中學後,阿累尼烏斯各門功課都名列前茅,他尤其喜歡數學、物理、化學等理科課程,這些在別人看來費腦難懂的學科尤其讓他興奮,他像是找到了填補其無限求知欲的餐糧,盡力的吮吸著其中的養分,阿累尼烏斯吸收和消化知識的能力非常快,勤於思考的他總能想出各種各樣的問題,解開這些難題是他最喜歡的遊戲。喜歡刨根問底的阿累尼烏斯經常因為一個難題與同學們爭論不休,甚至還和老師一辯高低。
雖然天才少年阿累尼烏斯的突發奇想有時候令身邊的人“招架不住”,但大家卻不得不對他勤於思考敢於提問的精神豎起大拇指呢!
越挫越勇的科學鬥士
大學期間,阿累尼烏斯對電學產生了濃厚的興趣,為了更好地研究自己感興趣的東西,他暫時放下烏普薩拉大學的博士學位,投入遠在斯德哥爾摩的埃德隆教授門下。年輕的阿累尼烏斯刻苦鑽研,具有很強的實驗能力,再加上他對任何問題一絲不苟、追根究底的習慣,使他深得埃德隆教授的賞識。
在教授的啟發和引導下,阿累尼烏斯一頭紮進對電解質溶液導電性的研究中。他注意到一個司空見慣的現象:在濃溶液中加入水後,電流就比較容易通過,而且加水的多少與電流的強度存在一定的關係。於是他對這個被當時很多化學家所忽略的現象,進行了深入的思考。在進行了大量的實驗之後,他將他的設想與實驗數據相結合,寫成了一篇名為《電解質的導電性研究》的論文。
當時科學界普遍推崇法拉第的觀點,認為“隻有電流才能產生離子”。而阿累尼烏斯的電離理論打破了這一金科玉律,搬到了權威樹立的旌旗,所以最開始受到了很多人的批判和否定。為了推動真理的腳步,他帶著自己的論文向當時很有名望的化學家克萊夫請教,克萊夫卻說:“這個理論純粹是空想,我無法相信。”這使阿累尼烏斯很受打擊。不僅如此,當時瑞典國內幾乎沒有人支持電離學說,阿累尼烏斯決定向國外尋找有力的支持者,但同樣四處碰壁。可越挫越勇的科學鬥士並沒有放棄努力,他相信總有一天會守得一方雲開,終於他的電離理論得到了著名學者奧斯特瓦爾德和範特霍夫的支持,在得到初步的肯定後,阿累尼烏斯更加堅信的自己的步伐,他四處奔走參加各種學術報告,為他的研究贏獲認可,直到新的電離理論被更多人的承認,最後獲得了1903年的諾貝爾化學獎。
科普解讀:
水溶液中的電荷搬運工
相信大家都有過這樣的經曆:當我們獨自一人在家時,爸爸媽媽會再三囑咐我們,一定要注意用電安全,千萬不要用濕手去觸摸家用電器。而爸爸媽媽平時在做飯或者洗衣服的時候也總是先擦幹雙手再拔出插銷,這一切你知道都是為什麼嗎?
因為啊,當我的皮膚比較幹燥的時候,它就像是一個軟軟的橡膠棒,是具有很大的絕緣性的,這樣可怕的電流便不會趁機偷偷的遛到我們的指頭上,造成觸電的悲劇。
可是如果我們的手部皮膚比較濕潤,那麼水中本身存在的自由移動離子和皮膚分泌出來的金屬鹽離子便會變成一條不可見的“導線”,當我們用這樣的雙手去觸碰帶電物體的時候,這個無形的導線便有可能將電流引到我們的手上,進而順著胳膊傳遍我們的全身,直至最後進入大地中,這一進一出便在我們的身體上形成了一個閉合回路,我們就像是一個“用電器”一樣被帶上電了,不過我們可沒有用電器那般“堅強”哦,我們的身體是抵抗不了這種強烈的電流衝擊的,到最後的結果就是,我們觸電了!這可是非常危險的一件事。
不過從上麵的觸電過程我們可以看到,真正的罪魁禍首是那些隱藏在我們皮膚表麵和水中的自由移動的離子,所以如果是一杯純淨水,那麼它是不具有導電能力的,或者說它的導電性能極弱,其原因就是傳輸到這種水中的電流沒有一個可以使它們轉移的“搬運工”。我們都知道,自然界中每一種物質都是具有對應的化學式的,水的化學式為H2O,它是一個分子化學物,和空氣中的氧氣、二氧化碳等同屬一個家族,隻是水分子的密度更加緊湊,所以常溫下呈現為液態,但它仍舊如空氣般是不具備導電能力的。但是為什麼人們在接觸“電老虎”時特別注意防水呢?這是因為我們日常使用的自來水並不是純淨水,它在到達我們家之前是在自來水廠被加工過的,這些水因為經過消毒和沉澱等工序後已經含有了大量的礦物質,而這些礦物質在水中經過電離已然變成了可自由穿梭的導電離子,因而將水的導電性能也增強了。
關於水溶液的導電性阿累尼烏斯在他的電離理論裏已經給我們解釋的很清楚了,所以在日常生活中,一定要記得不能用濕手去觸摸帶電的家用電器哦。
諾貝爾化學家1904
獲得者:威廉·拉姆塞
獲獎原因:發現了空氣中的稀有氣體元素並確定他們在周期表裏的位置
氣體世界的“小懶蟲”
人物故事:
多才多藝的小神童
1852年10月2日,威廉·拉姆塞出生在蘇格蘭的格拉斯哥布市一個富裕的家庭中。他的父親由於醉心於事業,直到40歲時才結婚,拉姆塞的出生讓中年得子的父母對他很是疼愛,再加上他是這個家裏唯一的孩子,父母非常重視對他的家庭教育,將全部精力都花在了他身上。
拉姆塞一家都是虔誠的基督教徒,所以在拉塞姆3歲的時候,母親就開始一邊教他認字,一邊教他讀聖經,為了培養他廣泛的興趣愛好,每天還安排特定的時間段教他拉小提琴。母親提前灌輸的家庭教育讓他開智也早於同齡的孩子,拉姆塞在上學前,就已經認識了許多字,小提琴拉得也很出色。
在當時的英國流傳著一段媚外的不成文風俗,上流社會的人們拋棄自己的母語,經常用法語交流,他的母親認為學習法語有利於拉塞姆將來的發展,於是便將法國的學習變成了拉塞姆的業餘功課。而他做工程師的父親會說德語,工作之餘又常用德語與兒子對上兩句,於是拉塞姆小小年紀就學會了幾門外語。上小學時,有一次小拉塞姆在教堂中看到了分別用德文和法文寫的聖經,他當場就把它們全部口譯成了英文,引來了陣陣喝彩。上中學時,為了送給母親一個不一樣的生日禮物,拉塞姆在母親的生日宴會上用多種語言朗誦了祝賀詩,前來參加宴會的親友都對這個多才多藝的小神童讚賞有加。
幼年時便大放異彩的威廉·拉姆塞似乎注定是上帝的寵兒,大家都深信他日後必定大有作為。拉塞姆沒有讓大家失望,這個神童後來成為了一名傑出的化學家,並且獲得了諾貝爾化學獎。
年輕有為的博士
拉塞姆小時候,他的外公曾開過一家洗染店,那是小拉塞姆最喜歡玩耍的地方。從外公那裏拉塞姆了解到了許多有趣的化學知識。他最感興趣的就是各種神奇的化學實驗,每次聽到一些好玩的化學實驗,小拉塞姆便想親自動手操作一下。於是他用自己攢了好久的零花錢買了實驗所需的化學藥品和器材,將自己的房間改造成了“實驗室”。
每天一回到家,拉塞姆就衝進自己的“實驗室”,關上房門,看著書按部就班地做化學實驗。雖然他聰明好學,做實驗時也很細心,但是他的“實驗室”中還是會時不時地傳來試管炸裂的聲音,還好每次都是有驚無險。
雖然化學實驗占用了拉塞姆大量的時間,但並沒有影響他的學習,拉塞姆的成績總是名列前茅。他隻用了8年的時間就完成了中小學的全部課程,14歲那年就被格拉斯哥大學破格錄取了。18歲到德國海德堡大學深造,從師於著名化學家羅伯特·本生教授,而後又被本生教授推薦給了賓根大學有機化學教授魯道夫·費迪克。在兩位名師的引導下,20歲的威廉·拉姆塞以《甲苯和硝基苯甲酸》的論文獲得了博士學位。
獲得博士學位後,拉姆塞相繼在多所學校從事化學研究。在他和瑞利合作的過程中,他們共同發現了氬氣。在此之後,拉塞姆又分別發現了氦、氖、氪、氙、氡。拉姆塞將發現的這六種氣體放在化學元素周期表中零族的位置,使化學元素周期表更加完善。由於這位年輕有為的博士在化學領域的重大發現,他眾望所歸的摘得了1904年諾貝爾化學獎的桂冠。
科普解讀:
懶出非凡個性
在化學元素周期表中,每個係列的元素都獨具特點,而有一個元素家族它們的特點有點怪,因為它們是元素中的小懶蛋。
這幾個為數不多的小懶蟲,組成了零族中的稀有氣體家族,它們的家門成員不多,且全部以氣體為主,分別是:氦、氖、氬、氪、氙、氡。因為它們很不活躍,所以科學家們也叫它們惰性氣體。你可別小看了這些懶蟲們,它們可是神通廣大呢!
隨著科學技術的發展,惰性氣體越來越廣泛的應用在工業、醫學、尖端科學以及日常生活中,人們在萬千元素中選中它們的原因也正是它們的懶惰,因為這些元素本身的化學性質極不活躍,在一般條件下很難與其它物質發生化學反應,所以生產部門通常用它們做保護氣以避免生產物在加工製作過程中被空氣中的有些成分破壞。比如,在焊接精密零件或者是鎂鋁等活潑金屬,以及製造半導體晶體管的過程中,常用氬作保護氣,其原因就是防止在高溫和高壓的環境中這些活潑物質與空氣反應而被氧化;原子能反應堆的核燃料鈈,在空氣裏會迅速氧化,也需要在氬氣保護下進行機械加工。
除此之外,惰性氣體還常常用來裝飾城市,過節時我們會在大街上看到各種閃著花花綠綠顏色的彩燈分立在馬路旁,其實他們也都是惰性氣體的傑作。這是因為在通電的情況下,燈泡氣管內會產生一定的溫度,而惰性氣體在這種溫度的惰性氣體會發光。世界上出現的第一盞霓虹燈,裏麵填充的就是氖氣。而在燈管裏充入氬氣或氦氣,通電時會分別發出淺藍色或淡紅色。根據不同氣體在通電情況下的發光情況,人們製造出了各種五光十色的霓虹燈。每當夜幕降臨、華燈初上的時候,整個城市由五彩斑斕的霓虹燈交織出一片光的海洋。
由此可見,在氣體世界中懶反而一種優勢,正是因為惰性氣體的“懶”,使它具備其他氣體所沒有的優勢,再加上它自身的特點,使它頻繁地出現在我們的生活中,在人類的生產和生活中扮演著重要的角色。相信隨著科學技術的發展,它們將會成為最為有用的氣體。
諾貝爾化學家1905
獲得者:阿道夫·馮·拜耳
獲獎原因:對有機染料以及氫化芳香族化合物的研究促進了有機化學與化學工業的發展
操縱色彩的“魔法師”
人物故事:
貴重的生日禮物
1945年秋天,即將十歲的阿道夫·馮·拜耳快要過生日了。他掰著手指數著日子,恨不得第二天就是10月31日。小拜耳最喜歡過生日了,因為生日那天他不僅可以吃到蛋糕,還能從父母那裏得到一份禮物。
日子一天一天的推進著,終於盼到了生日那天,蹦蹦跳跳的小拜耳回到家卻沒有像往年一樣收到生日驚喜。他很難過,以為爸爸媽媽把他的生日忘記了,所以一整晚都悶悶不樂。媽媽早就看穿了小拜耳的心思,知道他是因為沒過生日的事在鬧情緒,於是慈愛地摸了摸他的頭,語重心長地說:“你出生的時候,爸爸已經41歲了,可是卻沒有什麼學問。爸爸不想一輩子都沒有文化知識,所以這些年一直都在刻苦學習,明天爸爸就要參加考試了。如果給你過生日的話,就會耽誤爸爸的學習,你想不想因此而影響到爸爸明天的考試呢?”小拜耳搖了搖頭,可心裏還是很難過,畢竟他一年隻有一個生日啊。
“媽媽在你這個年紀,也很想過生日”母親接著說,“可是人過了最佳學習年齡再去學習真的是一件很不容易的事,等你長大了就會明白的。你爸爸小時候,不像你有這麼好的學習機會,他開始學習的時間晚,但是爸爸很努力,他一直在堅持從沒有輕言過放棄,人生啊隻要朝著自己喜歡的事情堅持不懈,就一定會成功的。所以我們要支持爸爸的學習,如果爸爸知道你這麼懂事肯定會更加疼愛你,這不也是生日驚喜嗎?”
聽完媽媽的話,小拜耳扭頭看了看書房裏頭發花白的父親在燈下看書學習,微弱的燈影在他的指尖跳動,是啊,已經50多歲的父親還在努力學習……。回到臥室後,小拜耳暗下決心,以後要以父親為榜樣,將來做一個有學問的人。
母親的一席話對他的人生產生了重要的影響。後來當他回想起來,都會忍不住地說:“這是母親在我十歲生日時,送給我的最貴重的禮物。”
見賢思齊焉
除了受到母親的影響,父親對拜耳的影響也是至關重要的,母親開化了他幼年時對學習的啟蒙,父親則在人生漫路的拐角處給他指出了方向。正是因為受到父親的影響,阿道夫·馮·拜耳才能夠腳踏實地一步一個腳印地邁向科學的殿堂。
拜耳讀大學時,有一次與父親閑談,話題無意間提到了名滿德國的有機化學教授凱庫勒。對於這位年輕的教授,拜耳多少有些不服,他隨口對父親說:“凱庫勒,隻不過比我大6歲……”沒等他說完,父親就打斷了他的話,一臉嚴肅地對他說:“誰說學問一定要與年齡成正比?大你6歲就不值得你學習了?我學地質的時候,每個老師都跟我差不多,甚至有的老師都比我小30歲,我一樣尊敬他們,跟著他們學習。”
聽完父親的一番言論,拜耳羞愧不已,是的,年齡隻是一個人與世界接觸的時間,並不是用來定義一個人學術含量的標準,正所謂“聞道有先後,術業有專攻”,生活中我們要善於與人為師,這樣才能豐富自己,學到更多知識。
經過這件事後,拜耳開始改變觀念,拋開年輕氣盛引起的浮躁,沉下心來,一心一意地做學問,先後跟隨本生和凱庫勒從事化學研究。拜耳23歲時,順利通過博士論文,37歲時,已經成為享譽歐洲的著名化學家。這位以謙虛好學著稱的化學家最終因合成了多種染料和氫化芳香族化合物,摘得了1905年諾貝爾化學獎的桂冠。
科普解讀:
科技裝點美麗世界
1865年阿道夫·馮·拜耳開始從事有機染料的研究,15年後他成了染料史上人工合成靛藍的第一人,緊接著他確定了靛藍的性質和結構,然後又分別合成了靛青、緋紅等多種染料。與此同時,拜耳在對氫化芳香族化學物的研究中,也取得了令人矚目的成就。
拜耳成功合成的多種染料,催生出一批現代染料產業。早前因為技術條件的限製,人們的衣服和織物可沒有那麼多絢麗多彩的顏色,這無疑讓萬千愛美的人們多出許多無奈的遺憾。
我們知道,我們用棉紡出織物之後原色大都是純白的,可是這樣的單一的色澤顯然與這個大千世界的花花綠綠不在同一種格調,於是人們便絞盡腦汁創造出一些五顏六色的染料來彌補織物色彩的單一與不足。紡織品經不同的染料印染後,呈現出絢麗的色彩,用這些具有藝術美感的紡織品製成衣物後,不僅服裝世界變得更加豐富多彩,就連我們懸掛在窗前的窗簾和鋪陳在餐台上的桌布都更加飽滿靈動起來,人們對於美學與時尚的追求也愈加成為了可能。
不過最初顏料的研發可並不那麼順利,因為關於材料的選擇與配比一直是困擾人們對額頭號大敵,雖然陸陸續續人們已然開發出了幾種成品,但未能完全與多彩世界接軌顯然讓人們還心存芥蒂,於是關於顏料的研發一直都行走的探索的道路上,拜耳便是其中一個,他經過多年的不懈努力,像一位魔法師般“變”出了缺失的色彩,讓人類世界更加多姿。拜耳研製出的芳香劑成了化妝品世界的主力軍,化妝品的出現,創造出了“淡妝濃抹總相宜”的姿容,從此美貌不再是夢。
拜耳的這些研究成果,把我們這個世界打扮得更加亮麗多彩。讓我們能夠隨心所欲選擇自己喜歡顏色的衣服,能夠借助化妝品展示自己最好的一麵,我們真是應該感謝這位了不起的科學家!
諾貝爾化學家1906
獲得者:亨利·穆瓦桑
獲獎原因:製出單質氟和發明穆瓦桑電爐
吹進人間的那陣清涼之風
人物故事:
從藥店學徒到化學家
1852年,在法國巴黎一個貧窮的家庭中,一個小男孩呱呱墜地,父親為他取了一個非常平凡的名字——亨利·穆瓦桑。誰也沒有想到,這個貌似平凡的小男孩能在日後成為鼎鼎大名的化學家,並摘得科學界的最高榮譽——諾貝爾化學獎。
幼時穆瓦桑家境貧寒,父母沒有多餘的錢供他完成學業。於是,年紀輕輕的他被迫離開學校,在一家小藥店當起了學徒。在藥店工作期間,求知若渴的穆瓦桑沒有忘記學習的重要,他利用忙碌工作中那一點點的閑暇時間學習各種知識。漸漸地,工友們對這個知識麵極為廣泛的少年刮目相看,不禁對他讚譽有加。在穆瓦桑學習的各類知識中,他最喜歡的莫過於神秘莫測的化學,試劑瓶中的百般變化牢牢攫住這個好學少年的心。對穆瓦桑來說,知識不是單純停留在理論和書本上的,活學活用更為重要,利用自學的化學和醫藥知識,這個年輕的藥店學徒成功搶救了一位服用砷自殺的人。
幸運之神總是眷顧努力的人,20歲的穆瓦桑在這一年遇到了改變他一生的人。法國自然博物館館長和工藝學院教授的弗雷米發現這個年輕人的才幹,於是便邀請穆瓦桑加入自己的化學實驗室。成為弗雷米教授的學生,穆瓦桑欣喜若狂,他終於能在設備完善的實驗室中完成實驗,並獲得旁聽化學家德維爾和德布雷講課的機會,這可是他多年來夢寐以求的事,從此,穆瓦桑便踏上了通向成功的大道。
多年之後,穆瓦桑成為舉世聞名的化學家。如此看來,弗雷米教授的確有伯樂的眼光,可是更多的是什麼?少年穆瓦桑就像在攀登一座荊棘遍地、迷霧重重的山峰,推動他到達學術巔峰的不是他生命中的貴人,而是他在逆境中潛心致學、堅忍不拔的精神。
充滿坎坷的氟的“降生”
進入弗雷米工作室的穆瓦桑繼承了恩師的事業,開始嚐試提取單質氟。
因為氟的化學性質非常活潑,所以在自然界中幾乎不存在氟單質,在前人的研究中,單質氟從來沒有被提取出來過,雖然有科學家提出過可行的方案,可是由於原材料難以獲得,這個方案從來沒有真正進入過實驗室。
穆瓦桑進入實驗室,首先他嚐試用加熱法提煉單質氟,藥劑瓶中也如他所願發生了小爆炸,可是實驗結果卻讓他大失所望,因為氟元素的性質太過活潑,加熱法產生出來的隻是氟的化合物而已。後來,穆瓦桑又根據老師的提示,嚐試用電解法分解氟化砷,一股腦鑽進實驗中的他根本顧不及自身的安全,實驗剛開始沒多久,他便因為揮發的劇毒的砷導致了嚴重的中毒反應,不得不暫時中斷手中的工作前去養病。病中的穆瓦桑沒有停止思考,“有什麼實驗原料能成功製出單質氟又不會使人中毒呢?”經過縝密的思考,他的視線集中在了物理電解法的上麵,穆瓦桑終於確定了新的目標——氟化氫。穆瓦桑判斷,用冷卻電解法電解氟化氫,電極的陰極和陽極應該會分別產生氫氣和單質氟。身體剛剛好轉的穆瓦桑立刻投入到工作中,他將金屬電極放入冷卻的氟化氫裏,一串氣泡從電極的陰極冒了出來,“這就是氫氣!”穆瓦桑興奮地想,可是,電極陽極的反應卻像兜頭一盆涼水,讓他愣在當場。分解出來的氟腐蝕了電極的塞子,陽極上什麼也沒有產生。再次經曆失敗之痛的穆瓦桑沒有灰心,他開始反複試驗,希望找到既能導電,又不會被氟腐蝕的材料,可是說起來容易做起來卻沒那麼簡單了,“淘氣”的氟實在是太活潑了,自然界中存在的任何反應它都想“客串”一場,所以一天又一天,一夜又一夜,熬紅了雙眼的穆瓦桑嚐試了各種各樣的材料,終於功夫不負有心人,他找到了能擔此重任的自然精靈——螢石。裝上螢石的電極成功製出了單質氟,穆瓦桑曆盡千辛萬苦,終於成功了。
科普解讀:
氟化物的“冰凍魔法”
製出單質氟可不是穆瓦桑成功的終點,在此之後,穆瓦桑又進行了一係列的氟化物實驗,他用各種元素與氟進行反應,製出了許多神奇的化合物。比如用氟和硫製成的六氟化硫,既有惰性氣體“懶惰”的特征,又不像常用的氮氣那樣在高溫時會發生化學變化,被用作保護氣體應用在工業和軍事方麵;又如用氟和亞硝酸鹽製成的硝酰氟,由於它具有很強的氧化性,被用作火箭推進劑氧化劑。但是,對現代影響最大的當屬氟和碳的化合物——四氟代甲烷。
聽到這個名字你是不是感到很陌生?你能猜到它是誰的前身嗎?嗬嗬,四氟代甲烷就是現代冷凍劑——氟利昂的前身,過去常被用作冰箱和空調等家電的冷凍劑而被人們所熟知,可因為它對大氣臭氧層的破壞過於強烈現在已經被新技術取而代之了。四氟代甲烷的製冷效果主要體現在它絕佳的物理性質上,它的沸點非常低,隻有-15℃,所以在常溫下它很快便會沸騰升華,同時帶走大量的熱。將它充入冰箱壓縮機中,四氟代甲烷便會像一個個小小的搬運工,把冰箱裏的熱氣不斷搬運到冰箱外,由於冰箱裏熱量盡數輸出,我們要保存的食物便會停留在一個非常涼爽的環境中,很難再變質腐壞了。如果你稍加聯想,便會想到,如果將冰箱中的壓縮機安裝在房間裏,然後在附加以機器外殼,就變成了我們夏天離不開的空調了。氟化物就像一個個魔法師,為我們帶來了“冰凍魔法”。
可是它也有自身的缺點哦,它的壽命非常的漫長,而且又是一種溫室氣體,如果將它排放到大氣中便很難分解,久而久之變成為了大氣殺手。
諾貝爾化學獎1907年
獲獎人:愛德華·畢希納
獲獎原因:對酶及無細胞發酵等生化反應的研究
酒瓶中的神秘分子
人物故事:
在哥哥的資助下讀書成才
愛德華·比希納是德國著名的科學家,1860年5月20日出生在慕尼黑,他的父親是一名法醫學教授。比希納從小就十分喜歡學習,他對各個學科都充滿了好奇,學習成績在班裏也一直名列前茅。
比希納讀中學時,家裏發生了一場變故,他的父親突然去世了。這個噩耗使小比希納悲痛萬分,同時他也失去了學習的機會。迫於生活的壓力,比希納隻好輟學去糖果廠工作。勤奮好學的比希納並沒有因此放棄學業,工作之餘,他經常去借同學的書本和課堂筆記,廢寢忘食地摸索課本上的知識。在這種情況下,他自學完了中學剩餘的課程。
上天似乎也被比希納好學的精神打動了,他的生活出現了轉機。大他十歲的哥哥做生意賺了一筆錢,於是便拿出一部分資助比希納繼續讀書。經過幾個月的刻苦努力,比希納順利地通過了慕尼黑工業大學的入學考試,他非常珍惜這來之不易的學習機會。進入大學後,比希納跟隨阿道夫·馮·拜爾教授學習化學,拜爾是當時歐洲著名的化學家。在這位名師的指導下,比希納的化學研究水平有了突飛猛進的增長。後來他又去植物生理學院,跟隨克萊爾·凡·內格力教授學植物學。
1885年,比希納在內格力教授的指導下,發表了一篇名為《氧對發酵作用的影響》的論文,獲得了拉蒙特獎學金。在這之後,他一直從事發酵化學的研究。早在19世紀50年代,科學界就一直存在著發酵本質生命論和機械論的爭論,直到1987年比希納發表了一篇名為《無細胞發酵》的論文,才使這場延續了幾十年的爭論得以終止,並因此推開了現代生物化學的大門。1903年,比希納和哥哥共同出版了《酒化酶發酵》的著作,他把酵母細胞的活力和酶的作用聯係到一起進行了闡述,為發酵工業提供了理論基礎。他在發酵化學方麵的研究,對人類的生產生活都產生了重要的影響。
就這樣,在哥哥的資助下,比希納憑著自己的勤奮刻苦一步步攀登上了科學的高峰。由於比希納對無細胞發酵的研究以及在現代酶化學上取得的了不起的成就,他獲得了舉世矚目的諾貝爾化學獎。
科普解讀
美酒催化大師——酒化酶
武俠電視劇中經常會有這樣的場景,主人拿出陳年老酒招待遠道而來的客人,並且自豪地對自己珍藏的酒誇讚一番:“這酒已經埋在地下多少年,絕對的好酒。”邊說邊打開讓客人聞。
俗話說:“酒香不怕巷子深。”古時候釀的酒真有那麼香嗎?帶著這個疑問,我們來了解一下釀酒的過程。那時候釀酒所用的原料是穀物,但是隻有穀物是遠遠不夠的,還需要在裏麵加入“酒曲”。“酒曲”是什麼東西呢?其實,古人對於這個也不清楚,他們隻知道加入酒曲之後能夠釀出好酒。19世紀末,德國科學家比希納就這個問題給出了解釋。
比希納在實驗中,用砂礫將全部的酵母細胞研碎,並且從中提出了一種液體。然後使這種液體跟糖反應,生成了二氧化碳和酒精。這就證明了活體酵素與非活體酵素具有同樣的功能——充當生化反應的催化劑,也就是說發酵過程中起作用的是酵母中所含的各種酶,而不是酵母細胞本身。比希納的實驗不僅發現了酒化酶,而且證明了酒化酶可以從細胞中提取。
通過比希納的實驗和一些發酵的知識,我們能夠得知酒曲中存在大量的酒化酶。其實,酒曲是一種催化劑,裏麵含有大量的微生物和酶,這裏的酶包括了澱粉酶、糖化酶和蛋白酶。穀物中的澱粉、蛋白質在轉化成糖和氨基酸的過程中,這些酶能夠加快轉化速度。由於酵母菌和酶的作用,糖進一步轉化成了酒精。所以,酒曲是釀酒過程中必不可少的原料。
酒曲是人類發現的最早的酶之一,而釀酒也成為曆史最為悠久的將酶作為催化劑的化學反應之一。比希納的這一研究成果不僅推動了釀酒業的發展,對製糖業的發展也有著不容小覷的影響。
諾貝爾化學獎1908年
獲獎人:歐內斯特·盧瑟福
獲獎原因:對元素的蛻變以及放射化學的研究
元素的“七十二變”
人物故事:
心靈手巧的小發明家
1871年8月30日,歐內斯特·盧瑟福出生在新西蘭納爾遜的一個工人家庭,他的父親作過車輪工匠、木工和農民,母親是一位教師。在12個兄弟姐妹中,盧瑟福排行老四,在大家庭中成長起來的盧瑟福,從小就懂得相互協作、尊重別人。
或許是出於好玩的天性,男孩子小時候大部分都喜歡搗鼓東西,會經常把一件好好的物品反複地拆裝,盧瑟福也不例外。他不僅勤於動手,而且善於動腦,他心靈手巧的天賦在很小的時候就顯示出來了。在他上小學時,家裏有個用了很多年的鍾,經常走走停停,很耽誤事,當時家裏的人都認為修不好了,準備將它丟掉。看著這個即將被家人遺棄的鍾,盧瑟福心想反正也是要扔的東西,不如自己動手修修看,說不定能把它修好呢。說幹就幹,盧瑟福把舊鍾拆開,將裏麵的零件移出來,又一點點將裏麵的汙垢清理幹淨,最後將它重新裝好。沒想到經他這麼一搗鼓,鍾竟然修好了,而且走得還很準時。
上中學時,盧瑟福看到班裏有同學玩照相機,他也很想擁有一台,可是盧瑟福知道家裏買不起這麼貴重的東西,因為他讀書的費用靠的都是獎學金。於是,盧瑟福便自己動手製作,他去買了幾個透鏡和一些便宜的材料,然後開始埋頭拚湊起來。經過多次嚐試,他終於製成了一台照相機。
愛才如子的“鱷魚”老師
1907年,盧瑟福因在放射性和原子結構等方麵的貢獻,摘取了諾貝爾化學獎的桂冠。這位大名鼎鼎的科學家不僅是一位諾貝爾獎獲得者,而且還是一位桃李滿天下的老師。如果專門設立一個培養人才的諾貝爾獎的話,盧瑟福一定是這個獎項的不二人選。
盧瑟福從來不會因為國界、宗教以及種族的差異而拒絕任何一個優秀的科學人才,他的助手和學生來自十幾個國家。在盧瑟福的悉心培養下,這些人中先後榮獲諾貝爾獎的竟多達十餘人,還有一些雖未能獲獎但同樣影響巨大的科學家,也是出自這位“牛師”之手。說盧瑟福創造了個人培養偉大科學家的吉尼斯世界紀錄毫不誇張。
作為老師的盧瑟福對待學生就如同對待自己的孩子一樣,不但毫無保留的教授知識,還盡全力給他們創造好的科研環境。1978年諾貝爾物理獎獲得者卡皮查是盧瑟福的得意門生之一。盧瑟福十分欣賞有思想又能幹的卡皮查,為支持他關於強磁場的科學研究,盧瑟福專門建立了一個蒙德實驗室。後來,由於政治原因卡皮查被扣留在蘇聯國內無法返回實驗室,一連三年無法施展才能,愛才如子的盧瑟福親自出馬與兩國政府交涉,並憑借自己的威望取得了談判勝利,將蒙德實驗室的儀器和設備全部運到蘇聯供卡皮查繼續科研工作。卡皮查十分敬重這位恩師,他在實驗室的牆上刻了一個鱷魚徽章,象征著盧瑟福迎難而上,勇往直前的精神。他的學生私底下也常常親切的稱他為“鱷魚”老師呢!
科普解讀
會“蛻變”的化學元素
跟我們人類一樣,化學元素們也有著各自不同的性格。大部分化學元素“安分守己”,它們十分穩定,不會發生變化。然而,自然界中還存在著一些會“蛻變”的化學元素。那麼究竟哪些元素會“蛻變”,為什麼它們會發生“蛻變”呢?盧瑟福為我們做出了解答。
在一次物理實驗中,盧瑟福發現了一種能夠自行“蛻變”的元素,他將元素的這種“蛻變”稱為放射性,經過分析他證實了放射性是一種元素“蛻變”成另一種元素時所發生的現象,聽起來是不是有種孫悟空七十二變的感覺?擁有放射性的元素能夠自發地從原子核內放出射線,進而造成原子核內部質子數和中子數的數目減少,元素也自然而然的發生的本質上的變異,“蛻化”變成另一種穩定的元素,這類能夠減少自身核子放射出其他微小粒子的元素被稱為放射性元素。
那麼放射性元素“蛻變”的動力又是哪裏來的呢?蛻變所需的動力來源於放射性元素自身的原子核和“蛻變”後原子核及其它基本粒子的能力差,也就是說“蛻變”前原子核的能量高於 “蛻變”後原子核的能量時,放射性元素就可能自行發生“蛻變”,否則就需要借助一些外在的能量。簡單來說,這就好比我們平時爬山一樣,對於那些體力較好的人,他們通過自己的努力就能成功登上山頂。而對於身衰體弱又想“一覽眾山小”的人,往往爬到半山腰,就會借助索道或者纜車登上山頂。