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第25章 化学结构理论的提出者——布特列洛夫

布特列洛夫,19世纪著名俄国化学家。

布特列洛夫出生在一个地主和退伍军官的家庭中,受到过良好的教育。他是化学结构理论的创立者之一,是俄国有机化学家组成的喀山学派的领导人和学术带头人,他最重要的贡献是提出了化学结构理论。

布特列洛夫从小就聪明活泼,爱好广泛,家里人亲昵地称他为“萨沙”。父亲把他送进了寄宿学校,在寄宿学校里,他迷上了化学试验。

有一回,布特列洛夫找来了硫磺和硝石,在厨房里搞到大量木炭,决定要做炸药。头几次实验还算顺利。布特列洛夫本来对化学一无所知,可是制造炸药的实验使他觉得挺有意思,于是他在床底下放置了不少玻璃瓶子,里面都装着化学药品。

有一回,萨沙和朋友托尼亚一起制造“兰焰”烟火的火药,火药突然爆炸,高高的绿火苗烧着了萨沙的头发、眉毛。教师罗兰特闻声闯进屋来,把两个肇事者关进了禁闭室。这次处罚得很重,一连三天,在其他同学吃饭的时候,布特列洛夫总是被带到屋角罚站。脖子上挂着一块黑板,教师在上面奋笔疾书,写下非常挖苦的4个大字:“大化学家”。但布特列洛夫并没有表示改正错误,只是迫不及待地等着过年,好最后离开这个可恨的学校。

第二年秋季,萨沙进入喀山第一中学。这个学校的老师经验丰富、学识渊博,善于启发诱导学生。萨沙能轻而易举地掌握学到的知识,因为他从小就养成了有条不紊的工作习惯。

他特别感兴趣的是博物学。他热爱大自然,经常向往接近自然界。他不能满足于到森林里、草原上或河岸边游玩,总是要在屋子里喂些乌龟、白鼠和其他各种小动物。

“你喂这些毛毛虫干什么?”父亲有一次向他问道,一边蛮有兴趣地望着一堆毛毛虫,这些小虫子被萨沙装在一个特制盒子里,盒子四周蒙着密密实实的丝线网。

“我想研究它们是怎样过活的。光捉住蝴蝶怎么能行呢,还得弄清楚它变蛹时吃些什么呀。”

“噢,这倒是很像研究工作了,萨沙,”父亲满意地说,“我很高兴你有这种爱好,只是千万不要忘掉数学。要知道,你到秋天要去上大学,要向我国最伟大的数家之一——尼古拉·伊万诺维奇·罗巴切夫斯基学习了!”

“爸爸,我缺乏精密科学的才能,在天文台里也挺枯燥,我想进大学的博物系。我真正感兴趣的是研究植物学和动物学。”

“当然,这事最后要由你自己来定,萨沙,不过我认为你应当进的还是数理系。”

事情与父亲的愿望相反,萨沙还是进了博物系。其实他不过是个旁听生,因为当时还不到成年年龄。第二年,他年满17岁,一年级的学生名册上才有了布特列洛夫的名字。

19世纪60年代,布特列洛夫首次提出了化学结构理论的基本思想。当时,在德国的施别依市,正举行科学家和医生代表大会。会上,布特列洛夫宣读了他的著名论文《论物质的化学结构》。在论文中,他系统地阐明了化学结构理论的基本原理。这一理论的基本观点可以归纳为以下两点:

(1)“假定两个化学原子,具有一定的和有限的化学亲合力,化学原子借这种化学力形成物体,那么,我将这种化学关系,或者叫做复杂物体中的各原子相互结合的方式,称之为化学结构。”

(2)“复杂物质的化学性质,决定于组成这种物质的基本质点的性质,决定于基本质点的数量和化学结构。”

在布特列洛夫之前,有许多化学家对有机结构理论的建立作出了重要贡献。例如19世纪中期,弗兰克兰在研究金属有机化合物时,提出了不同的元素具有不同的结合能力的见解。5年后,凯库勒提出了原子数的概念,他认为:“化合物的分子,由连同原子结合而成,与某个原子相化合的其他元素的原子或基团的数目,取决于各成分的亲合力值”,他说的“亲合力值”就是原子价。他通过研究还进一步指出:“一个原子的碳和四个原子的氢是等价的。”这就提出了碳原子的四价学说。随后,英国有机化学家库帕在《论一个新的化学理论》一文中,也提出了碳的四价学说,并阐明了碳原子可以互相连接成链的思想,他指出:“碳原子可以和一定数目的氢、氯、氧、硫等元素结合,碳原子和一价元素的最高结合能力是四”,“碳原子彼此之间也可以结合”。

布特列洛夫总结了前人的研究成果,经过独立的研究,系统地提出了有机结构理论。他认为化学物质的结构和性质是紧密联系在一起的,指出:“当人们懂得了物质的化学性质依赖于化学结构的一般原理以后,就可以从化学结构推测化学性质。”

布特列洛夫坚信,他所创立的结构理论,必将成为化学上的普遍法则。布特列洛夫还拟定了确定化学结构的方法,制定了确定化学结构的基本原则。此外,他十分注重研究在保持一些化学基团的结构条件下所进行的一些化学反应。他预言,在化学反应中,各种基团有进行重排的可能性。

经过深入地研究物质的化学结构,布特列洛夫首先正确地解释了同分异构现象。他指出,化学同分异构体,是那些由相同的化学元素组成,但具有不同化学结构的化合物。他还成功地解释了同分异构体性质对结构的依赖性。他认为物质结构内部,存在着构成化学结构的间接的“原子的相互影响”,正是由于这种影响,使原子具有不同的“化学意义”,这种不同的“化学意义”,要看原子所处的化学结构条件而定。

布特列洛夫和他的学生经过长期的实验研究和理论研究,把化学结构学说的一般原理具体化为许多法则。这些经验性的法则,直到二十世纪以后,才像其他所有的化学理论一样,得到电子理论的解释。

经过长时期的实验研究和理论研究,布特列洛夫提出的有机结构理论逐步成熟、完善和系统化;他用这一理论成功地说明了有机化学中的各种经验事实,同时,他的理论还能预言新的有机化合物的存在。他把他的研究成果写成《有机化学研究导论》一书,这本书在1864年—1866年曾三次在喀山出版,在1867年—1368年还曾两次用德文出版,现在,这本书已经成了研究有机化学史和早期有机结构理论的经典著作。

布特列洛夫不仅是个卓越的化学家,而且还是一位天才的植物学家。他在温室里进行过各种实验,写出了与园艺、花卉栽培和耕作问题有关的不少论文。他研究培育果树新品种,努力改进果树栽培法,根据科学道理来栽培果树。他还进行不同品种的杂交试验,以便培育出杂交新品种。

他在花园的一个僻静角落里养了几箱蜜蜂,将之作为养蜂场。开始时,养蜂场小得可怜,经过他的多方努力,养蜂场得到了迅速发展。

“要想繁殖蜜蜂,就必须掌握有关的知识和熟练技巧。只有这样,养蜂业才能在经济上成为一项收入来源。”这位科学家断言道,并且以素有的坚定精神研究起蜜蜂来。他写下了好多篇论述养蜂业的文章。他非常重视与养蜂有关的科普文章,认为它们具有重要的经济意义——养蜂人可以从中得到切合实际的指点和很有价值的建议。

布特列洛夫还是一个兼职医生,他的医术在全省农民中很有名气。每逢星期日,邻村的人总是络绎不绝地来到布特列洛夫家向他求援。

“老爷,我的男孩子生了病,恐怕活不成了!”一个瘦骨嶙峋的农民说,还一边用手揉搓着脏草帽。

“孩子在哪里?”布特列洛夫问。

“在院子里的大车上。”农民回答。

布特列洛夫走到大车前,掀起破烂的被子,仔细看了看孩子红肿的小手,说道:“脓肿,必须动手术。”一小时后,布特列洛夫走出“手术室”,轻松地喘口气,道:“手术很顺利。”

农民们都认为布特列洛夫是个真正的医生,有人甚至在集市上出售取名为“布特列洛夫药粉”之类的草药。

尽管布特列洛夫在化学上有过杰出的贡献,成了有世界影响的科学家,但是在帝俄时代,他并没有得到应有的待遇和尊重,当局对他的研究采取了令人气愤的冷漠态度。十月革命之后,苏联政府在莫斯科罗蒙诺夫大学化学楼前,专门为布特列洛夫建立了纪念碑,作为对这位伟大的化学家的永久性的纪念,以表彰他杰出的科学贡献。

布特列洛夫通过自己的勤奋和努力,在化学上作出了极大的成就,他的名字,将永远记在化学发展的史册上,成为后世景仰的楷模。

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