永斯·贝采利乌斯
| 永斯·雅各布·贝采利乌斯 男爵 | |
|---|---|
Jöns Jacob Berzelius | |
 | |
| 出生 | 1779年8月20日 瑞典韦瓦尔孙达 |
| 逝世 | 1848年8月7日（68岁） 瑞典斯德哥尔摩 |
| 墓地 | 瑞典索尔纳教堂 |
| 国籍 |  瑞典 |
| 母校 | 乌普萨拉大学 |
| 知名于 | 发现化学元素铈、硒、硅、钍 测定各种化学元素的原子量 提出多个化学术语 发展元素符号系统 |
| 科学生涯 | |
| 研究领域 | 化学 |
| 机构 | 卡罗琳学院 斯德哥尔摩大学 |
| 博士导师 | 约翰·阿夫塞柳斯 |
永斯·雅各布·贝采利乌斯男爵[a]（瑞典语：Jöns Jacob Berzelius，1779年8月20日—1848年8月7日），又译贝尔塞柳斯、贝吉里斯、柏济力阿斯、贝齐里乌斯、白则里、巴结流，是一名瑞典化学家。他就读乌普萨拉大学，获得医学学位后投身于研究工作，并先后在医学外科学院（卡罗琳学院前身）担任教师（无薪）和教授（有薪）。贝采利乌斯发现了铈、硒、硅和钍这四种化学元素，成功测定几乎所有已知化学元素的原子量，提出了同分异构体、聚合物、同素异形体和催化等重要化学术语，提出了近似现制的元素符号系统，还在化学教育、学术机构管理、矿物学、分析化学作出贡献；然而，他生前所主张的电化二元论和活力论后来被确认是错误的。贝采利乌斯在1848年逝世，他被誉为现代化学发展的关键人物之一、以及“瑞典化学之父”，在生前以至死后均获享多种荣誉及纪念。
早年生平及教育
[编辑]童年至入读大学
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贝采利乌斯出身于一个受过良好教育的瑞典家庭，但他渡过了艰难的童年[1]。贝采利乌斯四岁时，他身为教师的父亲因结核病逝；母亲两年后带着三个小孩再嫁给一名牧师，这名牧师是一个育有五个孩子的鳏夫[2]。可是，贝采利乌斯的母亲其后亦去世，沦为孤儿的他栖身继父家中；继父仁慈而有教养，贝采利乌斯得以在他家里接受教育[2][3]。后来继父再娶，虽然继父对贝采利乌斯一家的孩子和自己的孩子予以平等对待，但继母对待前者很差，更因不满家中孩子太多而把他们送走；贝采利乌斯长大后忆述，这段时候的他恐慌不安，而且童年没有快乐回忆[2][3]。
1793年，贝采利乌斯结束寄人篱下的岁月，到林雪坪就读中学，同时为一名富裕地主的孩子担任私人导师，又在田间劳动，晚上在放了一袋袋马铃薯的贮藏室里睡觉[2]。在这段时期，贝采利乌斯得到老师启发，又阅读生物学家卡尔·林奈的作品，由此对自然历史产生兴趣，开始收集植物和鸟类[2]。中学毕业后，贝采利乌斯不按养父母的意愿成为牧师，而决定修读医学；虽然他在成绩表里被评论为“品行欠佳”、“前景未定”，但最终成功进入乌普萨拉大学的医学院[2]。
入读大学至成为教授
[编辑]贝采利乌斯在1798年第一次上大学的化学课，结果他该年的期末考试结果几乎不及格，不过物理成绩良好[2]。后来，贝采利乌斯发现化学教授约翰·阿夫塞柳斯不会经常留在实验室监视学生，开始私下到实验室进行各种实验，例如从化学教科书学习回来的实验，由此对化学产生深刻的兴趣；阿夫塞柳斯获悉后没有责备他，反而邀请他以正常途径使用实验室[2][4]。贝采利乌斯后来忆述，阿夫塞柳斯此后对他非比寻常地亲善友好和充满信心[4]。在就读大学时，贝采利乌斯读到了亚历山德罗·伏打的伏打电堆，马上自己制造一个；他对电化学产生兴趣，并在学位论文研究触电对病人的影响[b][1]。此外，贝采利乌斯亦撰写了数篇论文，其中一篇的研究方法是对附近一处疗养地的矿泉水进行化学分析，这论文获出版，其余的则不被瑞典皇家科学院接受[5]。
1802年，贝采利乌斯大学毕业，获得医学学位，决定投身于研究工作[6]。他同年移居至斯德哥尔摩，成为医学外科学院（卡罗琳学院的前身）的无薪教师[7]。担任无薪教师令贝采利乌斯有地方进行研究，却要依靠父母的小笔遗产来生活[2]。大概在这个时候，贝采利乌斯结识了同样对化学有兴趣的威廉·希辛格[c]，他们两人一同进行研究，发现碱和土会迁移至伏打电堆的负极，而氧气、酸和被氧化物则会迁移至正极；1803年，两人发表论文，公开研究成果[d][2][8]。与此同时，贝采利乌斯进行多项科学研究，与希辛格发现了一种未知化学元素的氧化物[8]。
贝采利乌斯没有收入来源，只好为贫苦大众行医来维生，每年有66瑞典达勒的收入；他又打算与人合伙开设制醋工厂，但合伙人躲债，令贝采利乌斯独自负担起债项[8]。此外，贝采利乌斯又与希辛格合作出版学术期刊，以抗衡瑞典皇家科学院，这令贝采利乌斯陷入巨债[8]。
1807年，医学外科学院的教授去世，贝采利乌斯被任命为他的继任人[8]。随着法瑞战争的爆发，医学外科学院教授被视为与军官同等地位，贝采利乌斯作为教授的薪金也被提升至和平时期的两倍[6][8]。贝采利乌斯后来又成为斯德哥尔摩大学的化学教授[9]。
贡献
[编辑]发现多种化学元素
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贝采利乌斯对各种化合物均有兴趣，因而发现了多种化学元素，它们分别是铈、硒[e]、硅[f]和钍；在他的实验室进行研究的学生也曾经发现化学元素，包括锂、钒以及几种稀土金属[1][10][11][12]。
1803年，贝采利乌斯与希辛格在一种红棕色的稀有矿物质（现称为硅铈石）发现了一种未知化学元素的氧化物[8]。这种未知元素有两种不同氧化数的氧化物，其中一种的溶液透明无色，另一种的溶液呈黄红色；贝采利乌斯觉得这种未知元素有特别之处，难以把它的氧化物置于其他已知的土中[g][13]。他受两年前发现的天体谷神星（Ceres）启发，把新元素命名为“cerium”（铈）[14]。两人很快就铈的发现撰写论文，送交德国学术期刊《新化学总刊》（Neues allgemeines Journal der Chemie）；编采人员同意把这论文刊登在期刊里，但排期在马丁·克拉普罗特同样关于发现新元素的论文后出版[h][13][14]。1804年，《新化学总刊》出版者阿道夫·费迪南德·盖伦致函希辛格，把铈的发现归功于他和贝采利乌斯，克拉普罗特接受这决定[14]。但是，另一名化学家路易-尼古拉·沃克兰断言指，贝采利乌斯与希辛格发现铈后把研究成果和样本交予克拉普罗特，后者再以自己的名义发表研究[15]。这指控激怒了克拉普罗特，他写了一封用词愤慨的信给贝采利乌斯，质问他有否向沃克兰捏造欺世盗名的指控；贝采利乌斯行文谦逊地回复了克拉普罗特，指自己尊重对方、故不会如此造谣，此后得不到克拉普罗特的回信[16]。
贝采利乌斯在1817年发现硒，这是源于一家硫酸生产商的委托[17]。一所瑞典硫酸生产商发现，黄铜矿焙烧后会在铅室地面留下红色沉淀物，这些沉淀物有腐烂辣根的异味，引起员工和雇主的关注，因此委托贝采利乌斯和约翰·戈特利布·甘恩研究这些沉淀物[18]。克拉普罗特早前已认定异物由碲产生，但贝采利乌斯不认为沉淀物有存在碲的迹象，而是有一种性质与碲很相似的未知物质；由于碲（tellurium）这个名称源自“tellus”（意指地球），贝采利乌斯以代表月球的希腊文词语“selene”命名这未知物质，把它命名为“selenium”（硒）[18]。贝采利乌斯在他写给克劳德·贝托莱的书信中简介了提取硒的方法：首先把大量上述的沉淀物溶解在由浓硝酸和浓盐酸按1:4混合而成的王水里，加入硫酸，再把以上步骤产生的硫酸铅过滤走；把这些硫酸铅与硫化氢混合，产生铜、汞、锡、砷和硒的混合物；然后把混合物加到王水，以碱中和，把以上步骤产生的重金属氧化物过滤走，将滤液加热至干燥、通红；最后，在剩余的溶液加入氯化铵，并把此混合物加热至所有氯化铵已蒸发，从而以氨在亚硒酸钠中分解出硒[18]。
1824年，贝采利乌斯把氟硅酸钾与钾一同加热，但这样做的产品含有杂质硅化钾；因此，他把产品加在水中搅拌，令其与水发生化学反应，从而获取纯度较高的硅[11]。贝采利乌斯同年在自己制造的样本观察到硅原子和碳原子之间存在化学键，并就此发表论文，因此他很可能是首个合成出碳化硅的人[19]。
贝采利乌斯曾在1815年发现与另一种金属氧化物相似的“未知氧化物”，并以北欧神话雷神索尔（Thor）命名构成这种“氧化物”的未知化学元素，把它命名为“thorium”（钍）；但是，他发现的物质被证实不是未知化学元素的氧化物，而是磷酸钇[20]。1819年，矿物学教授延斯·埃斯马克无法辨别儿子莫滕·特拉内·埃斯马克交给自己的矿物质[i]，把样本交给贝采利乌斯进行化学分析；贝采利乌斯发现样本含有60%的未知氧化物，其后在一份出版于1829年的刊物公开此发现，并重新使用“钍”这个名称来命名构成上述未知氧化物的化学元素[20]。
测定准确的原子量
[编辑]约翰·道尔顿提出原子理论中的倍比定律后，贝采利乌斯认为现存数据的准确度并不足以令理论能用于实际，因此决定进行大量分析，来确定理论的真实性[21]。
如果要通过这些理论来阐释化合物的构成，测定精确的原子量和分子量至关重要；而测定化合物质量的方法是，先找出该化合物内原子的数量，然后量度单个原子的相对重量[21][22]。量度气态物质的质量较易，只需要计算用以产生该物质的反应物之体积比[j][21]。对于测定盐（酸和盐基发生中和反应产生的离子化合物）的质量，贝采利乌斯提出，源自酸的氧原子数量是源自盐基的氧原子数量的倍数；经验也显示，氧原子与其他原子只会以几种比例构成氧化物，从而限制了可能比例的数量[21]。
虽然道尔顿主张以氢原子作为基准，但贝采利乌斯选择以氧原子的质量为基准，这是因为他主要通过分析氧化物来测定原子量，而且氧化物比氢化物更常见；他把100订为氧的原子量，当要计算金属氧化物的质量，就把金属的原子量加上100或其倍数[21]。由于英格兰等地的惯例是以氢原子作为基准，贝采利乌斯有时亦会这样做，但他会把两个氢原子的质量订为一[21]。
贝采利乌斯花了十年时间来测定原子量和分子量，在1818年发表了研究成果，又在1826年发表准确度更高的数据；就这样，他测定了几乎所有已知化学元素的原子量[1][22]。在出现新的实验证据后，贝采利乌斯会按照证据来调整测量出来的原子量[21]。
提出多个化学术语
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贝采利乌斯提出了同分异构体、聚合物、同素异形体和催化这些重要化学术语[23][24][25]。
1833年，贝采利乌斯提出把分子式相同、但结构不同的化合物称为同分异构体（isomer，意指“相等的部分”）[23]。1841年，贝采利乌斯审视物理学家莫里茨·路德维希·弗兰肯海姆的研究，看到他把碘化汞的热致变色、单斜硫与菱形硫的转变列为同分异构的例子；他进而提出把实验式相同、但分子量不同的化合物称为聚合物（polymer，意指“很多部分”）[k]，并把构成化合物之原子的排布不同这一情况称为同色异谱[l][23][24]。但是，贝采利乌斯认为上述两个术语均不能解释同一化学元素的两种形态之间的差异[m]，于是提出了同素异形体这一术语[24]。
贝采利乌斯很可能史上首次把催化确认为一个广泛自然现象[25]。他曾写道，有些物质可以在其他物质上进行与后者化学亲和势很不同的动作，从而导致后者分解和重组，自己却没有出现变化[25]。由此，贝采利乌斯提出了“催化力”的存在，并把这种力量导致的分解称为“催化”[25]。
发展元素符号系统
[编辑]道尔顿在出版物中以图像符号标示原子，不少化学家对此做法有保留[26]。生物学家林奈为每种动植物指定具权威性的拉丁文名称，贝采利乌斯承袭此做法来制定元素符号系统[27]。他把化学元素拉丁文名称的第一个字母改为大楷字母[n]，用作化学符号；如果一种元素的拉丁文名称第一个字母与另一种元素的一样，贝采利乌斯会在该字母后加上一个小楷字母，作为其中一种元素的化学符号，从而区别它们[27]。
订定各元素的符号后，贝采利乌斯尝试为化合物建立能够显示构成它的元素、以及其化学性质的标示方法[27]。他和其他科学家用了数年时间调整标示化合物的系统，起初提出在元素符号上放置上标来标记该种原子在化合物的数量[o]，其后又提出在元素符号上加点来表示氧原子、从而标示氧化物的构成[p][27]。
贝采利乌斯提出的元素符号系统起初不受学界青睐，甚至受到道尔顿的反感，连贝采利乌斯自己都不敢在自己的出版物里大规模地使用这些符号，后来渐渐得到接受[27]。现在使用的元素符号系统和化合物标示方法基本上与贝采利乌斯的一样，不过某种原子在化合物的数量会写在下标而非上标[1]。
其他贡献
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贝采利乌斯撰写的化学教科书在他身处的时代被视为标准教材，并被广泛翻译至其他语言；这些教科书当中，有些包含他自己进行分析而采集得来的数据，有一本描写和绘画了他制备的试剂与实验室设备，为世界各地的实验室提供了基本实验器材的典范[1][2][28]。贝采利乌斯亦被评论为一名有效的学术机构管理者，曾被形容为“濒死”的瑞典皇家科学院在贝采利乌斯担任常务秘书近三十年后重新活跃起来[1][2]。他发表了超过250份回忆录，以及27卷关于物理和化学研究进展的年度报告[22]。
贝采利乌斯在矿物学也有研究，他把矿物质按化学成分分类，而非依照过往的做法来按晶体种类分类[1]。他又为了进行化学测试而开发了不少至今仍被使用的分析方法，例如用氢氟酸分解硅酸盐、用氯分离金属[29]。
治学作风
[编辑]贝采利乌斯是一名严格的经验主义者，坚持任何新的理论需与化学知识一致[30]。他认为，化学家应该从已知领域出发到未知；除非另有证据，否则应使用已证实可靠的方法探索新领域[31]。此外，贝采利乌斯勤奋工作的能耐极大，被形容为“难以置信的能量”，而且总是会按计划工作，其办事方式被认为远比另一位化学家汉弗里·戴维有系统[1][32]。贝采利乌斯一般待人仁慈，工作的时候说很多话，只会在头痛发作、出外旅行和撰写年鉴时缺席工作[33]。
已知的错误主张
[编辑]贝采利乌斯主张电化二元论，即使这理论一度备受批评，他仍是毕生坚持[6]。电化二元论认为，原子带有电荷，化学结合是电荷相反的原子相互中和的结果；贝采利乌斯以此理论解释化学反应和化合物性质[31]。起初，贝采利乌斯在欧洲化学界占主要地位，他对电化二元论的研究为他赢得了权威，此理论曾是欧洲最成功的化学理论[34]。但是后来，年轻化学家奥古斯特·罗朗在博士论文中批评电化二元论，又写信给贝采利乌斯，力劝他承认基于“分子内的原子排布影响化合物的性质”这一主张的解释架构的优处，两人其后就这些议题争论[35]。不认同电化二元论的意见指出，在这理论之下，不同的化学反应会令同一种物质出现不同化学式[36]。根据现在的科学知识，原子有相同数量的质子（带有正电荷）和电子（带有负电荷），因此是电中性的[37]。
和当时的几乎所有人一样，贝采利乌斯信奉活力论；活力论认为，生命系统具有一种非生命系统欠缺的“生命力”，因此不可能在实验室人工合成出生物制造的化学物质[38][39]。他在1807年首次使用有机化学这词，把这概念用作形容“对源自生物的物质之化学研究”[38]。但是，贝采利乌斯的学生弗里德里希·维勒成功人工合成尿素，并向贝采利乌斯写信告知此发现，掀开了活力论消亡的序幕[38]。现在，有机化学被定义为对含碳化合物之结构、性质、构成、化学反应和制备的研究，范围包括符合此定义的人造物质[40]。
晚年生活及逝世
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贝采利乌斯在科研工作以外的生活相对较平静，他在晚年四出旅游，在1832年因视力和记忆力衰退而退休，但此后仍然对研究工作有兴趣；1835年，他迎娶了朋友的女儿伊丽莎白·波皮乌斯[27][41]。
贝采利乌斯经常向德国化学家尤斯图斯·冯·李比希主编的期刊投稿，但李比希会忽略他不认同的部分，或是频繁地给予意见，这激怒了贝采利乌斯；当时，贝采利乌斯也正在与麦可·法拉第和让-巴蒂斯特·杜马争执[32]。此后，贝采利乌斯的健康急剧恶化，出现痛风和内出血，下肢瘫痪；1848年8月7日，他坐在轮椅上阅读的时候与世长辞[32]。贝采利乌斯的坟墓位于索尔纳教堂的教堂墓地[42]。
荣誉及纪念
[编辑]贝采利乌斯被誉为现代化学发展的关键人物之一[2]。他在1808年被瑞典皇家科学院选为成员；1843年，瑞典皇家科学院成员内部举行筹款，委托画家奥洛弗·约汉·瑟德尔马尔克为贝采利乌斯绘制肖像画，捐款者把这幅画像作形容为科学院不能让与的资产，提议把画像挂在科学院的大厅[22][43]。1836年，皇家学会向贝采利乌斯授予科普利奖章，以表扬他把定比定律应用于判定矿物质的构成[44]。此外，贝采利乌斯在1818年被卡尔十四世·约翰册封为贵族，后在1835年受封为男爵[22]。
瑞典斯德哥尔摩的诺玛姆斯托格广场附近有一座以贝采利乌斯命名的贝采利公园，内有1858年建成的贝采利乌斯雕像[45][46]。以他命名的事物还有林雪坪的贝采利乌斯学校[47]。瑞典把贝采利乌斯称为“瑞典化学之父”，把每年8月20日订为“贝采利乌斯日”，也曾发行以他为题的邮票[48]。
参注
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注释
[编辑]- ^ 贝尔塞柳斯（瑞典语：Berzelius，中国大陆作贝尔塞柳斯，台湾作贝吉里斯，又译贝采利乌斯）
- ^ 在此研究中，研究对象的病况并没有出现好转。
- ^ 希辛格的身份有争议，一说为矿主，一说为铸造场拥有者。
- ^ 这篇论文显示了导致贝采利乌斯后来提出电化二元论的意念，比汉弗里·戴维关于同一主题的论文更早发表，但后者被认为更重要。
- ^ 贝采利乌斯有可能不是硒的真正发现者，因为生于13世纪的阿诺德·诺瓦在著作中提及一种名为“红硫”的物质，科学史家费迪南德·霍弗认为“红硫”可能与贝采利乌斯分离出硒的物质属于同一种类。但是，即使这说法属实，贝采利乌斯仍是首个分离出硒、并指出其特质的人。
- ^ 约瑟夫·路易·盖-吕萨克和路易·雅克·泰纳尔曾制造纯度很低的硅，也不知道制造出来的物质就是硅。因此，硅的发现还是归功于贝采利乌斯。
- ^ 这是因为铈是第一种已知镧系元素。
- ^ 其实克拉普罗特也是发现了铈，而编采人员收到这两份稿件的次序不详。
- ^ 这种矿物质后来被命名为钍石。
- ^ 这是因为贝采利乌斯认为，两种体积相等、处于同一温度和压强的永久气体含有相同数量的原子。
- ^ 聚合物这术语的意思最终演变为分子量非常大的化合物，重一万至十万克每摩尔。
- ^ 现时，此术语已近乎弃用。
- ^ 这是因为当时的化学家相信化学元素是单原子的。
- ^ 贝采利乌斯采用已有的化学元素拉丁文名称，或者自行创造拉丁文名称。
- ^ 按照这种标示方法，二氧化硫写作“SO2”。
- ^ 按照这种标示方法，二氧化硫写作“S̈”。
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- Percy, Sholto. Nursey, Perry Fairfax , 编. Death of Berzelius. Iron: An Illustrated Weekly Journal for Iron and Steel Manufacturers, Metallurgists, Mine Proprietors, Engineers, Shipbuilders, Scientists, Capitalists (Knight and Lacey). 1832, 17.
网页
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- Organic Chemistry. American Chemical Society. [2016-07-18]. （原始内容存档于2016-07-18）.
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延伸阅读
[编辑]- Johan Erik Jorpes. Jac. Berzelius: His Life and Work. University of California Press. 1970 [2016-07-19]. ISBN 9780520016286. （原始内容存档于2021-04-02）.
- Melhado, Evan M. Jacob Berzelius. Almqvist & Wiksell. 1981. ISBN 9780299089702.
- Carl Gustaf Bernhard. Through France with Berzelius: Live Scholars and Dead Volcanoes. Elsevier. 2013 [2016-07-19]. ISBN 9781483286877. （原始内容存档于2021-04-02）.
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