科學(xué)界最牛合影的策劃者

耿雁冰

如果問(wèn)科學(xué)界最負(fù)盛名的合影是哪一張，估計(jì)很多人都會(huì)想到1927 年第五屆索爾維會(huì)議參加者的合影，因?yàn)檎掌镉芯永锓蛉恕⑵绽士恕?ài)因斯坦、泡利、玻爾、海森堡、薛定諤、狄拉克等17 位諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)、化學(xué)獎(jiǎng)獲得者，有的人居然還得到過(guò)兩次。

那么，到底什么是索爾維會(huì)議？是誰(shuí)組織了這次會(huì)議？讓我們一起來(lái)了解這位了不起的化學(xué)家、企業(yè)家——?dú)W內(nèi)斯特·索爾維。

索爾維是誰(shuí)

歐內(nèi)斯特·索爾維是比利時(shí)的化學(xué)家、業(yè)余學(xué)者、企業(yè)家、政治家和慈善家。1838 年，索爾維出生于距比利時(shí)首都布魯塞爾約30 千米的一個(gè)小村莊，他的家境還不錯(cuò)，父親擁有一個(gè)石礦，開(kāi)了一家油鹽商店，后來(lái)又創(chuàng)辦了一座小小的鹽場(chǎng)。

受父親的影響，索爾維從小就對(duì)化學(xué)特別感興趣。但是，在16 歲時(shí)，索爾維因胸膜炎不得不退學(xué)，之后就沒(méi)受過(guò)什么正式的學(xué)校教育。后來(lái)，他在一家玻璃廠中做學(xué)徒，在那里完成了人生中的第一次化學(xué)試驗(yàn)。21 歲時(shí)，他進(jìn)入叔叔的工廠工作。工作期間，他依然保持著對(duì)化學(xué)的熱愛(ài)，23 歲時(shí)就獲得了他的第一個(gè)專利。

1863 年，索爾維與弟弟阿爾貝一起創(chuàng)辦了他們的第一家工廠，用以他名字命名的索爾維制堿法來(lái)生產(chǎn)純堿。時(shí)至今日，這個(gè)過(guò)程依然是制純堿的最重要的化學(xué)工藝。索爾維后來(lái)寫(xiě)道：“我父親買(mǎi)來(lái)石鹽，將它溶在水中，然后通過(guò)蒸發(fā)獲得食鹽。這是一個(gè)非常出名的、簡(jiǎn)單的過(guò)程。因此，我從小就已經(jīng)結(jié)識(shí)了蘇打。”

索爾維雖然非常富有，卻依然關(guān)心社會(huì)問(wèn)題。他希望能夠“將部分財(cái)富償還給人類”，所以創(chuàng)辦了多所教育機(jī)構(gòu)，還支持了許多福利設(shè)施。1897年，索爾維資助了2.5萬(wàn)比利時(shí)法郎給比利時(shí)的第一次極地探險(xiǎn)活動(dòng)。第一次世界大戰(zhàn)中，他與比利時(shí)一些工業(yè)家和銀行家創(chuàng)辦了“國(guó)家救濟(jì)委員會(huì)”，捐贈(zèng)了許多錢(qián)來(lái)買(mǎi)糧食、衣服和煤救濟(jì)貧民。

索爾維會(huì)議是什么

在索爾維所做的眾多工作中，有一件事特別為人津津樂(lè)道，那就是他在布魯塞爾召集了當(dāng)時(shí)世界上最著名的物理學(xué)家和化學(xué)家開(kāi)會(huì)。

1911年10月，索爾維邀請(qǐng)了包括居里夫人在內(nèi)的許多科學(xué)家，在布魯塞爾舉行了國(guó)際性的索爾維會(huì)議，探討物理學(xué)和化學(xué)發(fā)展中尚待解決的重大問(wèn)題。會(huì)議規(guī)定以后每3年召開(kāi)一次，并分為索爾維物理學(xué)會(huì)議和索爾維化學(xué)會(huì)議。索爾維是一個(gè)很像諾貝爾的人，本身既是科學(xué)家，又是家底雄厚的實(shí)業(yè)家，萬(wàn)貫家財(cái)都捐給了科學(xué)事業(yè)。諾貝爾設(shè)立了以自己名字命名的科學(xué)獎(jiǎng)，索爾維則提供了召開(kāi)當(dāng)時(shí)世界最高水平學(xué)術(shù)會(huì)議的經(jīng)費(fèi)。

第一屆索爾維會(huì)議于1911年在布魯塞爾召開(kāi)，后來(lái)雖然一度被第一次世界大戰(zhàn)所打斷，但從1921年開(kāi)始又重新恢復(fù)，定期3年舉行一屆。到了1927年，這已經(jīng)是第五屆索爾維會(huì)議了，也是最著名的一次索爾維會(huì)議。

這次的索爾維會(huì)議，因?yàn)榘l(fā)軔于這次會(huì)議的愛(ài)因斯坦與玻爾的大辯論，被冠以“最著名”的稱號(hào)。這次會(huì)議上有三大陣營(yíng)。以玻爾為中心的哥本哈根學(xué)派，年輕、激情是他們的標(biāo)簽，因而被稱為“反叛的一群”，主要成員還有玻恩、海森堡、泡利等。盡管哥本哈根學(xué)派提出的量子力學(xué)有無(wú)窮的魅力，但是愛(ài)因斯坦、薛定諤、德布羅意等人還是對(duì)此提出了質(zhì)疑，這些質(zhì)疑同樣促進(jìn)了量子力學(xué)的發(fā)展。而第三派是只關(guān)心實(shí)驗(yàn)結(jié)果的實(shí)驗(yàn)派，包括布拉格和康普頓。索爾維會(huì)議如一個(gè)歷史舞臺(tái)，見(jiàn)證著量子力學(xué)的發(fā)展。

索爾維制堿法又是啥

純堿是碳酸鈉（Na2CO3）的俗稱，它還有一個(gè)更常用的俗稱叫“蘇打”，是一種非常基礎(chǔ)的化工原料。化工行業(yè)中最基礎(chǔ)的原材料有“三酸兩堿”之稱，指的就是硫酸、鹽酸、硝酸和燒堿、純堿。人們?cè)诠糯桶l(fā)現(xiàn)，某些海藻晾曬后燒出的灰燼中含有堿類，用熱水浸取、濾清，可以得到褐色堿液用于洗滌。所以，純堿還有一個(gè)別名——“堿灰”。

除了天然開(kāi)采獲得純堿，就要靠化學(xué)合成了。在索爾維制堿法誕生之前，已經(jīng)有比較成熟的路布蘭法了。但是，此法的生產(chǎn)流程較長(zhǎng)，產(chǎn)品不夠純（含碳酸鈉85％ ～92％），其基本原料硫酸鈉在當(dāng)時(shí)是用硫酸和食鹽反應(yīng)制得，因而生產(chǎn)成本較高。于是，許多人試圖改進(jìn)路布蘭法，想用食鹽代替硫酸鈉當(dāng)原料。

從1811 年開(kāi)始，有不少人研究過(guò)用食鹽和碳酸氫銨制蘇打，而且確曾試制出少量的產(chǎn)品，建立了幾個(gè)初期的氨堿法工廠。但是，由于在工藝技術(shù)和設(shè)備結(jié)構(gòu)方面還不成熟，這些工廠均先后倒閉。索爾維在前人研究的基礎(chǔ)上繼續(xù)改進(jìn)，特別是在設(shè)備方面下了很大的功夫，終于成功地用氨、二氧化碳和食鹽合成出了純堿。當(dāng)時(shí)，索爾維只是一位23 歲的青年技術(shù)人員。從此以后，路布蘭法就失去了它原來(lái)的地位，到了19 世紀(jì)末，路布蘭法就基本上不用于生產(chǎn)中了。

在索爾維法中，首先是用氨與二氧化碳、水反應(yīng)生成碳酸氫銨，接著用后者與食鹽反應(yīng)產(chǎn)生微溶于水的碳酸氫鈉。這樣得到的碳酸氫鈉晶體是粗品，其中含有許多雜質(zhì)，如碳酸氫銨、氯化銨、氯化鈉，加熱焙燒后，產(chǎn)品基本上全是碳酸鈉，其中只含少量的氯化鈉了。主要化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

焙燒過(guò)程中放出的氨和二氧化碳?xì)怏w，都可以回收再用。

索爾維法從理論上說(shuō)似乎很簡(jiǎn)單，實(shí)際大規(guī)模生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)有許多氨和二氧化碳?xì)怏w跑掉。于是，索爾維通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)連續(xù)工藝解決了這一氣體丟失問(wèn)題（路布蘭法是非連續(xù)工藝）。他設(shè)計(jì)了一個(gè)塔，讓二氧化碳在塔中從下往上流，與從上而下的用氯氣飽和的食鹽水接觸，此時(shí)即產(chǎn)生碳酸氫鈉沉淀；在將原料引入另一個(gè)反應(yīng)塔內(nèi)后，將前一個(gè)塔中生成的碳酸氫鈉取出來(lái)。

索爾維的早期經(jīng)歷對(duì)他后來(lái)研究出索爾維法是有裨益的。索爾維回憶道：“我想制造當(dāng)時(shí)很昂貴的碳酸銨，但是沒(méi)有成功。我想起我小時(shí)候的鹽。有一天，我想到，假如我將兩者混合到一起的話，我可能得到一個(gè)成果。我在試管里將它們?nèi)茉谒校瑩u晃，結(jié)果我獲得了一個(gè)成果，它就是蘇打。”

索爾維制堿法具有原料消耗少、生產(chǎn)連續(xù)、產(chǎn)量大、質(zhì)量高、廢物處理容易等優(yōu)點(diǎn)，因而在世界各地廣泛應(yīng)用。但是，索爾維法存在一個(gè)嚴(yán)重缺點(diǎn)，即食鹽利用率較低：只有73％ ～75％的食鹽轉(zhuǎn)化為碳酸氫鈉，加上鹽水滴漏及精制鹽時(shí)的損耗，食鹽的總利用率只有大約70％。這一缺點(diǎn)是由我國(guó)制堿專家侯德榜彌補(bǔ)的，那又是另外一個(gè)值得書(shū)寫(xiě)的故事了。

（責(zé)任編輯：白玉磊）