科学蒙难集 1106-第20章
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1884年， 阿伦纽斯在乌普萨拉大学博士学位答辩会上宣读了论文后， 教授们 “个个怒不可遏”，觉得难以容忍这种“荒谬绝伦”的想法，认为“纯粹是空想”。 克列维说，“我不能想象，比如，氯化钾怎么会在水中分解为离子。钾在溶液中能 独立存在吗？任何一个小学生都知道，钾遇水就产生强烈反应，同时形成氢氧化钾 和氢气；氯的水溶液是淡绿色的，又有剧毒。可是氯化钾的水溶液却是无色的，完 全无毒”。他们认为，这些事实似乎就充分“证明”电离学说是一种“无稽之谈” 了。新学说在乌普萨拉大学遭到了几乎所有化学家和物理学家的冷遇。然而实际上 正是这些专家们自己未能分清原子和离子的本质区别而犯了错误。
对电离学说的责难并不止此。当阿伦纽斯论文公开发表以后，就遭致了更大规 模和更加猛烈的攻击。英、德、法、俄等许多国家的化学家，其中包括一些在声望 上远远超过克列维教授的著名化学家，都群起而攻之，形成了一条国际化学界的反 对阵线。为首的就是大名鼎鼎的、以发现元素周期律而享有极高盛誉的俄国化学家 门捷列夫， 此外还有以研究溶液理论著称的英国化学家阿姆斯特朗（Armstrong， 1848－1837），以发明溶液渗透膜闻名的法国化学家特劳贝（Traube，1826－1894）， 以研究溶液电动现象受到德国人民尊敬的德国化学家魏德曼（Wiedemann） ，以建 立“溶液蒸汽张力”定律知名的俄国化学家柯诺瓦洛夫（KohobaЛob，1856－1929）， 以及化学家皮可林（Pikering）和别凯托夫（Бeketob）等等。他们认为，由于电 离学说违背了戴维和法拉第所建立的经典的电化学理论， 因而是“奇谈怪论” ， “不值一提”，迟早会被推翻。对此，门捷列夫预言说，“这个假说随着时间的转 移将占有如燃素论所早已占有的那种地位”而必将失败。它像燃素学说一样，虽然 也“曾有过不少热心的捍卫者”，然而却是在“捍卫一种不正确的假说”。电离学 说受到了传统偏见的暴风雨般的打击，严重地影响了这一新学说的确立和传播。
“离子主义者联盟”的最终胜利
年轻的阿伦纽斯在化学权威们的攻击面前并没有表现怯懦、动摇和丧失信心。 他坚信自己从科学实验中概括出来的学说是正确的，并决心为捍卫科学的真理而进 行一场不屈的斗争。 正如化学家帕尔美（Palmaer）评价他时所说，“他那真正瑞 典人的性格——特别好斗，然而又温厚，并同那有声有色的幽默相结合，就使他能 够在战斗时很好地认清事态”。他勇敢地投入了斗争。
为了寻求知音者的支持，他在那次论文答辩后的第二天，就把论文分别寄给了 另外几位著名的化学家奥斯特瓦尔德、 范霍夫、克劳胥斯和梅耶尔（Meyer，1814 －1878）等人，征求他们的意见。这些化学家同门捷列夫等人的保守态度相反，都 给予了积极肯定。特别是奥斯特瓦尔德颇感兴趣，还不远千里亲自来乌普萨拉同他 一起讨论。范霍夫也很重视新学说，称赞它是“物理化学史上的一次革命”。这样， 阿伦纽斯、奥斯特瓦尔德和范霍夫等三人就组成了一个巩固的“离子主义者联盟”， 团结一致，共同向保守势力展开了斗争。他们的人数虽然不多，然而却掌握着可靠 的事实，被誉为是一支“能征善战”和不断取得胜利的“离子学家的奇军”。斗争 的不断胜利，使阿伦纽斯深受鼓舞。他说，自己能够“经历并直接参加如此蓬勃的 科学发展，乃是一种唯有幻想才能及的最大幸福”。
但是，旧思想在一些化学家的头脑中还是根深蒂固的。许多化学家仍然在报刊 和杂志及学术会议上不断攻击电离学说，“告诫”青年千万不要醉心于那种狂妄的 荒谬的新学说。阿伦纽斯不得不写出一篇篇文章进行批驳。他同奥斯特瓦尔德和范 霍夫等人一起回答了诸如电解质电离的能量来源，电荷相反的离子未成对结合的原 因，亲和力强的电解质反而易电离的道理等一系列具体问题，进一步提高了电离学 说的说服力。1889年门捷列夫又发表了《溶质离解简论》，对电离理论进行了再次 抨击。阿伦纽斯则立即予以回击，强调指出，虽然门捷列夫的观点得到了许多著名 化学家的支持，但是也“不能同意这位伟大的俄国化学家的见解”，因为他“忽视 了构成离解理论的那种东西的主要部分”，没有看到“大量的物理化学问题都是靠 了渗透压和电离理论才得到解决的”。
经过了反复和艰苦的斗争以后，电离学说逐渐赢得了越来越多科学家的承认。 著名德国物事学家普朗克（Plank， 1858－1947）以他严谨的热力学观点给予了有 力支持。 著名奥地利物理学家玻尔兹曼（Boltzmann，1844－1906）和著名荷兰物 理学家范德华（Vander Waals，1837－1923）等人也都积极肯定。电离学说提供的 大量科学事实已经是无可非议和无可辩驳的了。这样，电离学说终于征服了一个个 艰难险阻，取得了最后胜利，促进了化学进展。
电离学说的确立，消除了电解质溶液渗透压反常的矛盾，解释了酸的催化作用 机理，揭示了酸的氢离子的共同本质，建立了原子和电子的联系，并为价电子理论 的形成提供了前提。它阐明了溶液电导和冰点降低等一系列物理化学现象的实质， 并奠定了做为“离子科学部门”的分析化学的理论基础，使其从一种操作技艺提升 为一门科学。此外，它还指导了所有溶液化学反应（也是大多数化学反应）的研究。 它的确立，无愧是继原子论、分子论和元素周期律之后，在化学发展中取得的又一 重大理论成果。
电离学说的作用还远远超过了化学学科本身的界限。它进一步沟通了化学和物 理学的联系，促进了物理学的发展。它还有力地指导了制碱制氯、熔盐电解和有色 冶金等生产实践，使化学工业和冶金工业取得了重大进展。它“被证明在现代科学 一切部门中都旧适用而有益的”。因此，有的科学史家把电离学说视为19世纪科学 发展中的“最大总结之一”是并不过分的。阿伦纽斯作为电离学说的创建者获得了 一系列崇高的荣誉。1901年当选为瑞典皇家科学院院士。1903年荣获英国皇家学会 的戴维勋章。同年，又荣获诺贝尔化学奖的获得者。1905年至1927年间荣任诺贝尔 物理学和化学研究所的理事长，直到逝世。这些荣誉，正是他和他的“离子主义者 联盟”在捍卫科学真理的斗争中所取得胜利的标志。
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第十九章 廿年寒窗无人问
——曾被忽视的“前线轨道”理论
日本化学家福井谦一在50年代初提出“前线电子”和“前线轨道”的概念，到 60年代中期发现前线轨道的对称性可以解释和预测化学反应结果，创立前线轨道理 论，这是第二次世界大战以后化学理论方面最重大成就之一。但是，由于日本国内 长期忽视，西方化学界很晚才引起注意，因此，直到1981年才荣获诺贝尔奖金。时 间正是他寄出前线轨道理论方面第一篇论文之后的30年。
福井获奖受到高度赞赏
1981年10月19日晚10点，从斯德哥尔摩传出令人惊喜的好消息，瑞典皇家学院 宣布，日本京都大学的福井谦一教授以“前线轨道理论”“发展了有关化学反应过 程的理论” ，与美国康奈尔大学的霍夫曼（R。Hoffmann）教授分享1981年度诺贝 尔化学奖。福井谦一获得诺贝尔奖金，引起日本科学界一片欢腾，特别是福井所在 的京都大学工学部，更是热闹非常。为了解福井情况，直接来访的记者络绎不绝， 讯问获奖者消息的电话连续不断。到20日早晨，人们争相向福井教授热烈祝贺，使 这种气氛达到高潮。当天晚上7点30分，京都NHK电台播出这条特大新闻；在紧接着 出版的各种有关报刊和杂志中，发表了大量祝贺和评论文章，高度赞赏福井先生的 学术成就、科学工作和获奖意义。
福井谦一于1918年10月4日生在日本奈良县大和郡山市，自幼勤奋好学，用5年 时间读完6年制小学， 用4年念完5年制中学， 经大阪高等学校考入京都帝国大学 （现为京都大学） 工学部化学科学习。1941年3月毕业，从事与军工有关的航空燃 料方面的研究；1943年8月任该大学工学部燃料化学教研室讲师；1945年3月升为副 教授；1951年1月任教授，主讲燃料化学教研室第四讲座（现石油化学高温讲座）， 还主持过第二讲座；1971年到1973年曾任京都大学工学部主任。福井谦一教授思想 活跃，治学严谨，在长期从事化学、化工教学和研究中取得优异成绩，撰写出大量 论文和著作，特别是集研究成果之大成的《化学反应同电子的轨道》和《定向和立 体选择理论》等名著，在化学界影响很大。1962年，由于对共价化合物电子状态与 化学反应关系的研究获日本学士院嘉奖。 1981年5月，被选为美国国家科学院的外 籍院士。1982年，福井从京都大学退休后，仍然兴致勃勃地继续进行化学反应路线 理论的研究工作。
福井是第四位荣获诺贝尔奖金的日本科学家（日本有三位诺贝尔物理学奖获得 者：1949年汤川秀树、1965年朝永振一郎、1973年江琦零於奈），也是第一个分享 诺贝尔化学奖的东方人。福井谦一获得诺贝尔化学奖，在日本科学界引起很大反响。 日本分子科学研究所的长仓三郎认为，这是“1981年作为日本战后35年自然科学发 展的转折点”的“重要标志”，使“日本自然科学界，特别是化学界看到了明确的 方向和希望”。福井谦一的合作者、日本京都大学工学部教授米泽贞次郎说，福井 的获奖成果前线轨道理论“已经作为理解化学反应本质的一大贡献而得到高度 评价”。很多日本学者把福井获奖看成是推进日本科学新进展的良好机会。世界各 国化学界同行也高度赞赏福井谦一创立的前线轨道理论，英国牛津大学物理化学主 讲里查德（G。Richards） 博士认为，福吉和霍夫曼的工作“是加给有机化学广阔 领域的一种巨大激励，他们研究结果的顶点是形成了武德沃德霍夫曼规则，这恐怕 代表第二次世界大战以后有机化学发展方面最重要的一步”。可以认为，他们的理 论是认识化学反应过程发展道路上的一个重要里程碑，对继续进行深入的研究的人 们具有极大的鼓舞作用。
敢于突破提出前线轨道理论
福井谦一本来是京都大学工程系的大学生和研究生，他所从事的学习、教学工 作属于应用化学，是一位杰出的实验化学家。他科学兴趣广泛，在燃料化学、催化 工艺学、催化理论、化学反应过程理论以及与分子科学相关的很多边缘学科，都进 行过研究并取得成果。然而，他与众不同的是，特别注重应用化这理论问题的研究， 在量子力学方面造诣很深。这固然与他所在教研室一贯重视基础理论的传统有关， 但更主要的还在于他理论联系实际，把基础研究与应用研究有机地结合起来，找到 突破的方向，形成独特的风格：这就是站在理论的高度，“使经验色彩浓厚的化学 尽可能非经验化”。福井确信，如果没有这种非经验化，化学本身以及它在工业上 的应用，都不可能得到进一步发展。
长期以来，流行于有机化学的传统意子理论，用“整个分子中全部电子分布的 变化来说明化学现象”，并不注重区别看待各个不同轨道和电子“在化学反应中所 扮演的不同角色”。福井谦一则在全面分析各轨道和电子在化学反应中变化的情况 时，抓住主要矛盾，充分看出分子中结合得最松散的电子（即能量最高的电子）在 反应过程中的特殊作用，并以此为突破口，创造性地提出了前线电子和前线轨道理 论。
1951年10月29日，（几乎是福井荣获诺贝尔奖金的30年之前），美国物理学会 的《化学物理》杂志收到福井谦一等三位日本化学家的一篇简短论文，题目是“芳 香烃化学反应活性的分子轨道理论” ，发表在该杂志1952年第4期上，作者在这篇 只有4页的论文中说： “我们发现，电子密度最大的位置最容易受到条电或氧化性 试市剂的进攻”，首次用“特定轨道电子密度同反应活性的关系说明芳香烃每个位 置上反应能力的差别” 。1953年5月31日，该杂志的编辑又收到福井谦一等四位日 本化学家合写的论文“芳香烃、杂环芳烃和其它偶联分子定向的分子轨道理论”， 发表在1954年第8期上。 在以后的著述中，福井继续发展和完善了他的前线轨道理 论。到60年代中期，他与霍夫曼几乎同时而又各自独立地发现，前线轨道的对称性 可以解释以前难以理解的化学反应过程。
福井谦一的前线轨道理论，应用量子力学计算电子密度和描绘能级图的方式， 把简单分子轨道理论向前推进一大步，在不使用大型电子计算机做复杂的精确计算 时，也能较好地推测和解释一些化学反应的条件、产物和反应机理。前线轨道称为 前线轨道；最高占据轨道中的电子在化学反应中具有特殊重要地位，称做前线电子； 反应条件取决于前线轨道的对称性。前线轨道理论计算简单，图象直观，便于理解、 掌握和应用，现已广泛流行于有机合成，生命科学和药物制备等各个领域。而“最 高占据轨道和最低空余轨道的英文首母缩写HOMO和LUMO也已成为有机化学家之间最 常用的基本术语”。
前线轨道理论长期遭到冷遇
“但是，福井的早期理论并未引起人们注意，直到60年代中期，由于霍夫曼和 武德沃德理论的建立方使这一理论受到普遍的重视”。据《科学的美国人》杂志援 引诺贝尔奖金委员会授奖公告说：“早在25年以前，福井谦一就曾提出分子的化学 反应活性在很大程度上受它们束缚得最松散的轨道电子的某些波动必的影响，但是 他的前线轨道理论在当时几乎没有引起化学家们的注意”。
特别值得指出的是，在日本国内，福井谦一教授的创造性科学研究成果受到了 不应有的冷遇。正像西方一家报刊评论的那样，福井的前线轨道理论“在他自己的 国家却未能得到多少人的常识”。事实上，福井有关前线轨道理论的头两篇论文， 首先发表在美国的杂志上，而不是在日本的刊物中，这在一定程度上反映出前线轨 道理论在日本国内的处境。福井自己也坦率地承认，当他的观点“成为新的理论时， 日本人采取了非常保守的态度”，说得客气一点，福井谦一教授的“国仙同行很可 能忽视了”他的这一新理论。
人所共知， 美国的科学杂志是宣告科学新进展的主要媒介。 但是，福井等人 1952年1954年先后在美国《化学物理》杂志上发表的两篇重要论文，并没有引起多 大的反响。不仅在日本国内长期无人问津，而且在西方化学界也很少有人引用，有 些化学家对福井谦�
