李冬子
19世紀(jì)的某個最平常的傍晚,荷蘭的一所中學(xué)早已放學(xué),校園內(nèi)萬籟無聲。突然,一個身影不知在何時偷偷潛入了學(xué)校,然后,從教學(xué)樓地下室的窗戶,鉆進(jìn)了學(xué)校的實驗室內(nèi)……
這個身影屬于首屆諾貝爾化學(xué)獎得主雅克布斯·范特霍夫(Jacobus Hendricus Van't Hoff),不過那時,他還是個上中學(xué)的少年。
少年之心
1852年8月20日,范特霍夫生于荷蘭鹿特丹一位有名的醫(yī)生家里,由其祖父母撫養(yǎng)。
這個醫(yī)學(xué)博士的兒子,從小就顯現(xiàn)出了尤為靈活的頭腦與旺盛的好奇心。上中學(xué)時,范特霍夫被變幻無窮的化學(xué)實驗深深吸引,然而,在學(xué)校只能旁觀而不能親手進(jìn)行實驗這一點,卻一直令他覺得很不過癮。
終于有一天,少年的好奇心戰(zhàn)勝了他的理智,范特霍夫從實驗室的通風(fēng)窗戶鉆入了實驗室。
大小不一的實驗器皿、性質(zhì)各異的化學(xué)試劑、現(xiàn)象不同的化學(xué)反應(yīng),這些都令小范特霍夫深深陶醉。隨著他偷偷潛入實驗室的次數(shù)越來越多,這個少年選取的反應(yīng)材料中,也逐漸開始出現(xiàn)一些劇毒甚至易燃易爆的試劑。
沉浸在化學(xué)實驗中的快樂時光并未能夠持續(xù)多久,終于有一天,范特霍夫在全神貫注地進(jìn)行實驗時,被學(xué)校的一名教師捉了個正著。
根據(jù)校規(guī),這樣的違紀(jì)行為應(yīng)受到處分。
范特霍夫請求這位教師不要報告校長,念及范特霍夫平時是一個勤奮好學(xué)且尊重師長的學(xué)生,這位教師并沒有向校長報告,但還是將他的行為告訴了他的父親。這位名醫(yī)在了解了事情的經(jīng)過后,對自己兒子不體面的舉動感到尷尬和憤慨。
幸而,這位開明的父親并未因此大發(fā)雷霆,他在冷靜下來后,反而開始為范特霍夫的好學(xué)感到欣喜。于是,他把自己原來的一間醫(yī)療室讓給了兒子,專門供他做化學(xué)實驗。
從此,范特霍夫開始潛心“經(jīng)營”自己的小實驗室。他用積累起來的零用錢,購買了各種實驗器具和藥品,一有空便沉浸在自己的化學(xué)實驗里。
青年之志
1869年,范特霍夫中學(xué)畢業(yè)。在那時,荷蘭人普遍對化學(xué)這一學(xué)科存在輕視與偏見。因此,雖然鼓勵兒子在實驗室內(nèi)通過親手實踐來學(xué)習(xí)知識,但范特霍夫的父親并不同意范特霍夫以化學(xué)為職業(yè)。
幾番交涉未果,范特霍夫進(jìn)入了荷蘭的一所工業(yè)學(xué)校學(xué)習(xí)工業(yè)技術(shù)。
雖然是一所工業(yè)學(xué)校,但講授化學(xué)課的A.C.奧德曼斯卻是一個很有水平的教授。他條理清晰,論述有序,深入淺出,范特霍夫在他的指導(dǎo)下,對化學(xué)的喜愛變得更加深厚。通過不懈努力,范特霍夫僅用了2年時間,就學(xué)完了一般人3年才能學(xué)完的課程。
這段學(xué)習(xí)時光,增強(qiáng)了范特霍夫畢生從事化學(xué)的信心和決心。1871年,范特霍夫畢業(yè),他最終說服了父母,開始全身心投入到化學(xué)研究中。
為了得到深造,他只身來到德國,拜著名有機(jī)化學(xué)家凱庫勒(Friedrich A-Kekule)為師,在有機(jī)化學(xué)領(lǐng)域受益匪淺;次年他又前往法國巴黎,向醫(yī)學(xué)化學(xué)家武茲請教。
幾番求學(xué)旅程,令范特霍夫打?qū)嵙嘶瘜W(xué)基礎(chǔ)。他于1874年回到荷蘭,在荷蘭最古老的大學(xué)之一的烏特勒支大學(xué)(Utrecht University)獲得了博士學(xué)位。
壯年之歌
碳的正四面體構(gòu)型學(xué)說,這是范特霍夫最卓越的成就之一。
過去的有機(jī)結(jié)構(gòu)理論認(rèn)為,有機(jī)分子中的原子都處在一個平面內(nèi),然而這個理論卻完全無法解釋很多實驗現(xiàn)象。
一天,范特霍夫坐在烏德勒支大學(xué)的圖書館里,認(rèn)真地閱讀著德國有機(jī)化學(xué)家約翰尼斯·威利森努斯(Johannes Wislicenus)關(guān)于α-羥基丙酸的一篇論文,并隨手在紙上畫出了其化學(xué)式。
看著這個化學(xué)式,范特霍夫不禁陷入沉思:如果將最中間的碳原子上的不同取代基都換成氫原子,那么這個分子將變成一個甲烷分子。那么,如果甲烷分子中的氫原子和碳原子均排列在同一個平面上,情況會怎樣?
具有廣博的數(shù)學(xué)、物理學(xué)等知識的范特霍夫立即意識到,在自然界中,一個系統(tǒng)總是要調(diào)整自己,使系統(tǒng)的總能量達(dá)到最低,從而處于穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。該體系中,只有當(dāng)氫原子均勻地分布在一個碳原子周圍的空間時才能達(dá)到這種狀態(tài)。
因此,正四面體構(gòu)型,這才是甲烷分子最恰當(dāng)?shù)目臻g排列方式。
分子的空間結(jié)構(gòu)假說的誕生,立刻在整個化學(xué)界引起了巨大的反響。有人支持,有人反對,無論怎樣,這一新理論迅速在科學(xué)界傳播開來。
后來的實踐證明,這一假說是正確的,它成為了立體化學(xué)誕生的標(biāo)志。
1901年12月10日,這對于全體人類來說,是一個值得紀(jì)念的日子;對畢生從事有機(jī)立體化學(xué)與物理化學(xué)研究并取得了累累碩果的范特霍夫來說,更是意義非凡。
這一天,諾貝爾獎首發(fā),在瑞典皇家科學(xué)院之前收到的20份諾貝爾化學(xué)獎候選人提案中,有11份提名范特霍夫,他當(dāng)之無愧地成為了世界上第一位諾貝爾化學(xué)獎的獲得者。
值得一提的是,范特霍夫的獲獎原因并非開創(chuàng)了立體化學(xué)學(xué)科的碳四面體結(jié)構(gòu)學(xué)說,而是“發(fā)現(xiàn)了化學(xué)動力學(xué)法則和溶液滲透壓”,也就是物理化學(xué)這一新興學(xué)科的開端。