阿尔弗雷德·沃纳:协调化学家

1913年,阿尔弗雷德·沃纳获得了诺贝尔奖在无机化学领域的发现。大多数以前的诺贝尔化学奖被有机化学家赢得埃米尔费舍尔(1902)或物理化学家威廉•奥斯特瓦尔德(1909)。两个化学奖甚至物理学家- - - - - -欧内斯特·卢瑟福(1908)和居里夫人(1911)——为他们的工作在放射性元素。所以在1913年轮到难怪无机化学。更令人吃惊的是,然而,60年之前通过诺贝尔委员会再次笑了在无机化学,什么时候恩斯特费舍尔和杰弗里·威尔金森被尊敬。

愤怒的无机化学家可能认为这是一个确认的专业的灰姑娘地位。但这也可能被视为衡量维尔纳的成就。他开始寻求解释的细微差异的性质相对不重要的化合物。然而他的工作发起一场革命对我们理解原子如何结合形成更大的单位,不同于简单的原子和离子化合物。一些化学家,任何品种,取得了这样一个持久的影响在他们的纪律。

学校的日子

沃纳出生于1866年,在法国阿尔萨斯省的牟罗兹。Jean-Adam维尔纳,他的父亲是一个工头在一个钢铁厂,但主要影响阿尔弗雷德的教养是他的母亲,珍妮特,一个相对富裕的Tesche家族的女儿。1871年,作为的结果普法战争,沃纳成为主题Kaiser Wilhelm我和他们的家乡改名为Mulhausen。阿尔弗雷德的同情与法国而不是德国,但他在这两个国家在定居瑞士。1919年去世前不久凡尔赛条约阿尔萨斯返回法国。

路径导致Werner诺贝尔奖并不完全是传统的。从1878年到1885年,他参加了一个技术学校,他可能会跟随他的父亲到一个当地的重工业。然而,他对化学的兴趣让他尝试一个家实验室实验,在卡尔斯鲁厄的服务——在他的德国军队——他可以参加一些化学课。1886年转业后他进入苏黎世理工化学研究技术。

沃纳的结论被接受为立体化学理论的延伸

他的传记作者乔治·考夫曼说,沃纳的动机选择苏黎世仍然猜测的问题,同时指出Zur-Dutsche——当地方言——类似于阿尔萨斯的法德方言。不管什么原因,沃纳的环境适宜的足够留在1889年理工毕业后。作为一个实验室助理工作时,他成为了一名研究生在亚瑟汉栖。

沃纳在1890年获得了博士学位。同年,他的论文的主要结果在氮的化合物的立体化学出现在一个地位显赫的德国化学杂志,与汉栖合著者。相当大的争议后,他们的结论最终被接受为一个合法的扩展的立体化学的理论先驱Jacobus范霍夫和约瑟夫•勒贝尔在1870年代。

早期研究

范霍夫和勒贝尔已经表明,许多有机化合物的旋光异构源于空间结构时产生四官能团连着一个碳原子。在他们的模型中,每一组是位于四面体中心碳原子周围的一个角落。Werner相同的几何逻辑应用于氮三价化合物,将氮原子本身在四面体的第四个角落。这解释了为什么某些含氮化合物显示优雅旋光异构。

他的努力导致了识别新类别的化合物

出版了沃纳一些状态,但没有得到他一个工作。他花了几个月在巴黎高级研究实验室Marcelin Berthelot,之前提交一个论文在苏黎世。这是habilitationsschrifte大学教学,需要他。这是公认的,在1892年,他开始在理工作为教学privatdozent——一个unsalaried自由导师、直接支付由学生他可以吸引他的类。

经过一年的这种学术学徒,沃纳被任命为1893年在苏黎世大学的副教授。两年后,他被提升为正教授,当时嫁给了一个瑞士,艾玛Geisker,瑞士国籍。尽管许多邀请他仍然在苏黎世,逐渐巩固他的声誉作为一个化学研究中的重要人物。与此同时,他还享受着欢乐的社会生活——显然集中在国际象棋、台球、纸牌游戏和酒精饮料。

沃纳的基础的成就在他habilitationsschrifte可见,但这是一个灵感的突然爆炸期间年privatdozent鼓励他发展成一个十足的理论。他的想法是首次出版于1893年,在一个相对模糊的杂志,起初,他们没有引起多少注意。但最终他的努力导致了识别新类别的化合物,并彻底修改价的概念。

多价的问题

当沃纳开始他的研究,如何处理元素的问题表现出多个键值一直是一个有争议的话题。一些化学家只是接受这个概念作为一个事实。其他人则认为最低元素的化合价是基础,并提出了“分子化合物”占更高的价值观——因此PCl₅有时被描绘成PCl吗₃.Cl₂。和一些试图保持一个为每个元素化合价的原则提出更复杂的分子结构,与铁的氯化物,例如。

不幸的是,分子量计算物理化学家(使用各种方法)并不总是符合这样的公式。这种混淆对价和分子结构尤为明显的研究许多五颜六色的化合物组成的钴、氨和各种酸自由基。第一次注意到在18世纪晚期,他们不同寻常的特性已经被一些研究人员调查,尤其是法国人爱德蒙Fremy。

在丹麦基督教Blomstrand在瑞典和索菲Jørgensen提出了这些化合物的长链分子结构。我们现在知道的物质三氯六氯化钴(iii) -公司(NH₃)₆Cl₃——是由Jørgensen包含一个字符串的连接氨分子。沃纳不同意,认为这种化合物的化学性质可以更好地解释了一种完全不同的结构。他认为,这需要两个截然不同的种类的价债券,他称之为主(Hauptvalenz)和二级(Nebenvalenz)。他提出了有限公司(NH结构₃)₆Cl₃更知名的现代眼睛:六个氨分子连着钴离子,阴离子氯化三个计数器。

沃纳声称二级债券氨组与钴原子是不同的从主的连接产生的氯自由基metal-ammonia复杂。他引用实验证据支持这个提议,对比这盐的行为与一个稍微不同的公式有限公司(NH之一₃)₅Cl₃。虽然氯原子在分子的总数是一样的,氯的数量由硝酸银沉淀的解决方案是不同的。这个结果向沃纳表示,在后一种分子一个氯原子是直接绑定到钴原子,所以分子电离[有限公司(NH₃)₅Cl)^{2 +}.2Cl^{- - - - - -}。

沃纳还指出,当两个更多的氨分子周围的钴原子被氯自由基所取代,由此产生的分子产生没有免费的氯离子。此外,另一个氨分子插入非离子复杂钴可以取代氯原子,使其可用于电离作用。

进一步支持这些结构来自广泛的测量电导率由沃纳和他的同事。他们发现的电导率相对较高水平的解决方案有限公司(NH的化合物₃)₆Cl₃证实,他们分离容易变成离子。有限公司(NH的化合物₃)₃Cl₃实际上是不导电的,这表明他们的氯原子没有ionisable。类似的结果与钴取代其他金属化合物,由其他酸氯自由基,氨被其他原子或组。

一个简单的复杂的答案

在这些复杂的分子,沃纳发现,原子的数量或团体聚集在金属原子通常是一个常数,金属(钴是6)。他称这个金属离子的配位数的,认为它是由于引力的扩散范围,这是不同于金属的主要化合价。

这个结论提出进一步主张维尔纳,他证实了一个巧妙的一系列立体化学的调查。他推断,如果六组或金属原子周围的原子位于角落的六边形,或者一个棱镜,然后马类型的化合物₄B₂应该在三个不同的异构形式存在。然而,如果六组放置在普通的八面体的角落,那么只有两个同分异构体是可能的。

到1907年沃纳已经表明,许多化合物的马₄B₂似乎形成两个类型,而不是3、立体异构体。但失败准备第三个异构体没有证明它不存在,所以他寻求一个更决定性的考验。1911年,他发现了一个通过使用双头试剂——乙二胺,H₂NCH₂CH₂NH₂。两个分子的氨基基团插入四个金属原子周围的六个可用头寸产生一对镜像——不是三——光学异构体。

这个结果证实优雅cobalt-centred激进,沃纳提出的八面体结构为他提供进一步支持的概念一个球体周围的二价金属离子。当应用更广泛,这两级的原子价概念把化学的其他领域。例如,因为水分子氨分子一样舒服地坐在这二次价领域,现在有一个更简单的解释存在的水结晶。

遗产

在他1913年的诺贝尔演讲,沃纳无法解释协调债券是如何产生的:“尽管大量的实验数据我们还不能够精确地描述两种类型的价之间存在的差异。不过,他建议两种是由于电子的吸引力,以及它们之间的不同是强度。他提到了短暂离子键取代电子的作用,但并没有明确表明他们也扮演了一个角色的协调联系,是他的特殊利益。站在一个新时代的门槛,他是不能够跨越。

两年后获得诺贝尔奖,沃纳被迫放弃说教的动脉硬化,最终导致1919年去世。记得他是有条不紊,但谨慎的老师,不愿将他的研究学生过于挑战性的问题。然而,其中的一个,保罗•卡勒继续赢得1937年的诺贝尔奖。维尔纳出版工作启发他的圈外的许多科学家寻找一个更好的解释原子是如何结合在一起的。

其中值得注意的是吉尔伯特·刘易斯,美国物理化学家原子价电子理论的先驱。1923年,在他的主要著作价原子和分子的结构,刘易斯记录他的“个人债务”沃纳的出版物,是一个重要的刺激自己的早期作品。现代价理论,由刘易斯,随后由欧文·朗缪尔精制,内维尔•Sidgwick李纳斯鲍林和许多其他人,是建立在维尔纳打下了基础。

Mike Sutton在人文学系访问学者诺森布里亚大学,英国