一、物理化学名家：
阿伦尼乌斯
阿伦尼乌斯（Arrhenius，Svante August 1859～1927）
瑞典化学家。1859年2月19日生于乌普萨拉，1927年10月2日卒于斯德哥尔摩。17岁时入乌普萨拉大学，主修化学。1878年毕业后留校。后去斯德哥尔摩瑞典皇家科学院学习测量溶液电导，准备博士论文。当时只有化学家W.奥斯特瓦尔德支持他的观点，他因此才能任讲师。1885年他在奥斯特瓦尔德实验室工作约一年，1886～1887年在维尔茨堡继续研究溶液电导实验。1891年任瑞典皇家工业学院讲师，1895年任院长。1905年任斯德哥尔摩诺贝尔物理化学研究所所长。1901年当选为瑞典皇家科学院院士。1911年当选为英国皇家学会外国会员。
阿伦尼乌斯的最大贡献是1887年提出电离学说：电解质是溶于水中能形成导电溶液的物质；这些物质在水溶液中时，一部分分子离解成离子；溶液越稀，离解度就越大。这一学说是物理化学发展初期的重大发现，对溶液性质的解释起过重要的作用。它是物理和化学之间的一座桥梁（见阿伦尼乌斯电离理论）。阿伦尼乌斯的研究领域广泛。1889年提出活化分子和活化热概念，导出化学反应速率公式（阿伦尼乌斯方程）。他还研究过太阳系的成因、彗星的本性、北极光、天体的温度、冰川的成因等，并最先对血清疗法的机理作出化学上的解释。阿伦尼乌斯因创立电离学说而获1903年诺贝尔化学奖。1902年还曾获英国皇家学会戴维奖章。著有《宇宙物理学教程》、《免疫化学》、《溶液理论》和《生物化学中的定量定律》等。
奥斯特瓦尔德
奥斯特瓦尔德（Ostwald，Friedrich Wilhelm；1853～1932）
德意志帝国化学家。1853年9月2日生于俄国拉脱维亚里加,1932年4月4日卒于莱比锡。1872年入爱沙尼亚多尔帕特大学学习，1878年获化学博士学位。1881年任里加工业大学化学教授。1887年任莱比锡大学物理化学教授，1898年兼物理化学研究所所长，1906年退休。
奥斯特瓦尔德是物理化学的创始人之一。主要从事化学动力学和催化方面的研究。在化学动力学方面，他1878年用容量方法和折射率研究一碱在两酸之间的分配。1887年测定了在稀溶液中用碱中和酸时发生的体积变化。1888年提出奥斯特瓦尔德稀释定律，最先将质量作用定律应用于电离上,在历史上起了重要作用。在催化方面，他1894年给催化和催化剂下了现代的定义，1902年指出：催化剂只能改变化学反应速率而不能影响化学平衡，它的催化作用是由于降低了活化能的缘故。1902年发明了由氨经过催化氧化制造硝酸的方法，后称奥斯特瓦尔德法。此外，他1894年提出奥斯特瓦尔德指示剂理论，最先对酸碱指示剂的变色机理给予解释。同年，建议将分析化学的反应看成是离子间的相互作用。奥斯特瓦尔德提出过错误的唯能论，后在事实面前修正了自己的观点。
奥斯特瓦尔德因研究催化作用、化学平衡条件和反应速率等方面的贡献而获1909年诺贝尔化学奖。1887年和J.H.范托夫共同创办《物理化学杂志》。著有《普通化学教程》、《电化学》、《分析化学的基础》 等书
法拉第
迈克尔·法拉第(Michael Faraday，1791-1867)
19世纪最伟大的实验科学家之一
【简介】
英国物理学家、化学家，也是著名的自学成才的科学家。
1791年9月22日出生萨里郡纽因顿一个贫苦铁匠家庭。因家庭贫困仅上过几年小学，13岁时便在一家书店里当学徒。书店的工作使他有机会读到许多科学书籍。在送报、装订等工作之余，自学化学和电学，并动手做简单的实验，验证书上的内容。利用业余时间参加市哲学学会的学习活动，听自然哲学讲演，因而受到了自然科学的基础教育。由于他爱好科学研究，专心致志，受到英国化学家戴维的赏识，1813年3月由戴维举荐到皇家研究所任实验室助手。这是法拉第一生的转折点，从此他踏上了献身科学研究的道路。同年10月戴维到欧洲大陆作科学考察，讲学，法拉第作为他的秘书、助手随同前往。历时一年半，先后经过法国、瑞士、意大利、德国、比利时、荷兰等国，结识了安培、盖·吕萨克等著名学者。沿途法拉第协助戴维做了许多化学实验，这大大丰富了他的科学知识，增长了实验才干，为他后来开展独立的科学研究奠定了基础。1815年5月回到皇家研究所在戴维指导下进行化学研究。1824年1月当选皇家学会会员，1825年2月任皇家研究所实验室主任，1833----1862任皇家研究所化学教授。1846年荣获伦福德奖章和皇家勋章。1867年8月25日逝世。
【成就】
法拉第所研究的课题广泛多样，按编年顺序排列,有如下各方面：铁合金研究（1818－1824）；氯和碳的化合物（1820）；电磁转动（1821）；气体液化（1823，1845）；光学玻璃（1825－1831）；苯的发明（1825）；电磁感应现象（1831）；不同来源的电的同一性（1832）；电化学分解（1832年起）；静电学，电介质（1835年起）；气体放电（1835年）；光、电和磁（1845年起）；抗磁性（1845年起）；“射线振动思想”（1846年起）；重力和电（1849年起）；时间和磁性（1857年起）。
法拉第主要从事电学、磁学、磁光学、电化学方面的研究，并在这些领域取得了一系列重大发现。1820年奥斯特发现电流的磁效应之后，法拉第于1821年提出“由磁产生电”的大胆设想，并开始了艰苦的探索。1821年9月他发现通电的导线能绕磁铁旋转以及磁体绕载流导体的运动，第一次实现了电磁运动向机械运动的转换，从而建立了电动机的实验室模型。接着经过无数次实验的失败，终于在1831年发现了电磁感应定律。这一划时代的伟大发现，使人类掌握了电磁运动相互转变以及机械能和电能相互转变的方法，成为现代发电机、电动机、变压器技术的基础。
法拉第能够这样坚持10年矢志不渝地探索电磁感应现象，重要原因之一是同他关于各种自然力的统一和转化的思想密切相关的，他始终坚信自然界各种不同现象之间有着无限多的联系。也是在这一思想的指导下，他继续研究当时已知的伏打电池的电、摩擦电、温差电、伽伐尼电、电磁感应电等各种电的同一性，1832年他发表了<<不同来源的电的同一性>>论文，用大量实验论证了“不管电的来源如何，它的本性都相同”的结论，从而扫除了人们在电的本性问题认识上的种种迷雾。
为了说明电的本质，法拉第进行了电流通过酸、碱、盐的溶液的一系列实验，从而导致1833-1834年连续发现电解第一和第二定律，为现代电化学工业奠定了基础，第二定律还指明了存在基本电荷，电荷具有最小单位，成为支持电的离散性质的重要结论，对于导致基本电荷e的发现以及建立物质电结构的理论具有重大意义。为了正确描述实验事实，法拉第制定了迁移率、阴极、阳极、阴离子、阳离子、电解、电解质等许多概念、术语。
在电与磁的统一性被证实之后，法拉第决心寻找光与电磁现象的联系。1845年他发现了原来没有旋光性的重玻璃在强磁场作用下产生旋光性，使偏振光的偏振面发生偏转，此即磁致光效应，成为人类第一次认识到电磁现象与光现象间的关系。1846年他发表了《关于光振动的想法》一文，最早提出了光的电磁本质的思想。他曾设计并不畏艰苦地作过许多实验，试图发现重力和电的关系，寻找磁场对光源所发射光谱线的影响，寻找电对光的作用等等，由于当时实验条件所限，虽未获成功，但他的思想和观点完全正确，均为后人的实验所验证。
法拉第是电磁场理论的奠基人，他首先提出了磁力线、电力线的概念，在电磁感应、电化学、静电感应的研究中进一步深化和发展了力线思想，并第一次提出场的思想，建立了电场、磁场的概念，否定了超距作用观点。爱因斯坦曾指出，场的思想是法拉第最富有创造性的思想，是自牛顿以来最重要的发现。麦克斯韦正是继承和发展了法拉第的场的思想，为之找到了完美的数学表示形式从而建立了电磁场理论。
法拉第对科学坚韧不拔的探索精神，为人类文明进步纯朴无私的献身精神，连同他的杰出的科学贡献，永远为后人敬仰。
【法拉第常数】
法拉第常数（F）是近代科学研究中重要的物理常数，代表每摩尔电子所携带的电荷，单位C/mol，它是阿伏伽德罗数NA=6.02214·1023mol-1与元电荷e=1.602176·10-19 C的积。尤其在确定一个物质带有多少离子或者电子时这个常数非常重要。法拉第常数以麦可·法拉第命名，法拉第的研究工作对这个常熟的确定有决定性的意义。
一般认为此值是96485.3383±0.0083C/mol，此值是由美国国家标准局所依据的电解实验得到的，也被认为最具有权威性。
最早法拉第常数是在推导阿伏伽德罗数时通过测量电镀时的电流强度和电镀沉积下来的银的量计算出来的。
盖·吕萨克
姓名：盖吕萨克 Gay-Lussac, Joseph Loris 国家或者地区：法国 学科：化学家
发明创造：
简 历
盖吕萨克（Gay-Lussac, Joseph Loris）法国化学家。1778年12月6日生于上维埃纳省圣莱昂纳德；1850年5月9日卒于巴黎。盖吕萨克是一位法官的儿子。他年轻时在埃科尔工业大学在贝托莱*、居顿·德莫沃*和福尔克拉*的指导下学习。盖吕萨克在该校受到贝托来的特殊照顾和鼓励，不久他就同贝托莱的儿子一道用氯漂白亚麻布制品的工厂工作。他的表现很快就证明他是完全无愧于贝托莱的友谊的。 1802年他证明，各种不同的气体随温度的升高都是以相同的数量膨胀的。查理*比他早几年也作出了同样的发现，但他没有公布于众，因此这一现象往往被称做盖吕萨克定律。这是一个极为重要的发现，阿伏伽德罗*在10年后用它来表达他那个长期以来被人忽视的假说，这就是：在相同温度下各种不同气体含有相同粒子数。 1804 年年轻的盖吕萨克同比奥*一起进行了一次气球升空试验，后来他自己又做了一次。这些试验就是首批用于科学考察的气球升空试验。在一次这样的飞行中，盖吕萨克使气球达到了4英里的高度，超过了阿尔卑斯山顶峰的高度。他发现在这样的高度上无论是空气的组成或地球的磁力都没有变化。在当时英国是欧洲列强中继续打算摧垮拿破仑的先锋。英国也是在化学上取得惊人进展的中心， 这些进展是戴维*的功劳，他在1807年和1808年利用电的作用分离出许多新的元素。在法国革命的兴起中，政府的民族主义变得相当强烈，他们有意识地打算利用科学来提高国家的威望。拿破仑为盖吕萨克和他的旧友、同事泰纳渔产*提供了资金，以建造一个大型电池，作为一巨大的电源，以便使法国可以填补上“元素空白点”。这个电池被证明是不必要的。盖吕萨克和泰纳洋利用戴维自己制出的一种元素钾，在不用电的情况下从事填补元素空白的工作。他们用钾来处理氧化硼时得到了硼，这是首次获得的元素形态的硼。1808年6月21日他们宣布了这项成果。戴维比他们晚九天，他是在6月30日宣称他独立地分离出硼。拿破仑取得了科学上的胜利，而盖吕萨克被任命为索邦大学的物理教授，他任教授职一直到1832年。盖吕萨克进一步又作出了许多更重要的发现。1809年他发现，几种气体形成化合物时，它们是按体积比化合的，而此体积比可以表示为很小的整数比。例如2份的氢同1份的氧化合成水；1份的氢同1份的氯化合氯化氢；3份的氢同1份的氮化合成氨。这个按体积比的化合（也是定经定律的一种形式---译注）被研究出来，这项成果中包括有多才多艺的洪堡*的帮助。在化合物中的元素体积间的这种关系可以卓在成效地用来测定原子量，白则里*就是这样做的。然而，道尔顿*拒绝接受盖吕蒸克的成果，他坚持认为组成原理只能用于重，而且认为盖吕萨克测出的原子量仍然是错误的。阿伏伽德罗假说被仍来解释盖吕萨克定律，但是这一定律仍然被忽视达半个世纪之久。以后盖吕萨克对各种氰化物进行了一列的研究，最后得出的结论证明氢氰酸或氰化氢不含有氧。这项研究终于证明酸是右以不含有氧的，而且至少证实了拉瓦锡*在这方面是错误的（据此，人们得出的结论是：氢是酸中的主要成分）。盖吕萨克还进一步研究了库图瓦*所发现的碘，证明这是一种新元素。他为分析化学家的武器库增加了一项新技术，这就是应用了碱和滴定法（严格地按同泰纳尔利用他们的分析技术首次测定了糖的元素组成。 1831年盖吕萨克在路易·菲力普的机关报政权下被选为法国下院议员，1839年他又进入上院，作为一名立法委员度过了他的晚年。
盖斯
俄国化学家，1802年8月8日生于瑞士日内瓦市一位画家家庭，三岁时随父亲定居俄国莫斯科，因而在俄国上学和工作。1825年毕业于多尔帕特大学医学系，并取得医学博士学位。1826年弃医专攻化学，并到瑞典斯德哥尔摩柏济力阿斯实验室进修化学，从此与柏济力阿斯结成了深厚的友谊。回国后到乌拉尔作地质调查和勘探工作，后又到伊尔库茨克研究矿物。1828年由于在化学上的卓越贡献被选为圣彼得堡科学院院士，旋即被聘为圣彼得堡工艺学院理论化学教授兼中央师范学院和矿业学院教授。1838年被选为俄国科学院院士。1950年12月13日盖斯卒于圣彼得堡。
盖斯早年从事分析化学的研究，曾对巴库附近的矿物和天然气进行分析，做出了一定成绩，以后还曾发现蔗糖可氧化成糖二酸。1830年专门从事化学热效应测定方法的改进，曾改进拉瓦锡和拉普拉斯的冰量热计，从而较准确地测定了化学反应中的热量。1836年经过许多次实验，他总结出一条规律：在任何化学反应过程中的热量，不论该反应是一步完成的还是分步进行的，其总热量变化是相同的，1860年以热的加和性守恒定律形式发表。这就是举世闻名的盖斯定律。
盖斯定律是断定能量守恒的先驱，也是化学热力学的基础。当一个不能直接发生的反应要求反应热时，便可以用分步法测定反应热并加和起来而间接求得。故而我们常称盖斯是热化学的奠基人。
盖斯的主要著作有《纯化学基础》等，该书是俄国当时广泛使用的敦科书，曾出过七版，对欧洲化学界也有一定影响。
亥姆霍兹
亥姆霍兹（1821～1894）
Helmholtz，Hermannvon
德国物理学家，生理学家。1821 年10月31日生于柏林波茨坦，1894年9月8日卒于柏林附近夏洛滕堡。中学毕业后在军队服役8年，取得公费进入在柏林的王家医学科学院。1842年获医学博士学位后，被任命为波茨坦驻军军医。1847年他在德国物理学会发表了关于力的守恒讲演，在科学界赢得很大声望，次年担任了柯尼斯堡大学生理学副教授。亥姆霍兹在这次讲演中，第一次以数学方式提出能量守恒定律。主要论点是：①一切科学都可以归结到力学。②强调了牛顿力学和拉格朗日力学在数学上是等价的，因而可以用拉氏方法以力所传递的能量或它所作的功来量度力。③所有这种能量是守恒的。亥姆霍兹发展了J.R.迈尔、J.P.焦耳等人的工作，讨论了已知的力学的、热学的、电学的、化学的各种科学成果，严谨地论证了各种运动中能量守恒定律。这次讲演内容后来写成专箸《力之守恒》出版。在柯尼斯堡工作期间，亥姆霍兹测量了神经刺激的传播速度，发表了生理力学和生理光学方面的研究成果。在1851年他发明了眼科使用的检眼镜，并提出了这一仪器的数学理论。1855年他转到波恩大学任解剖学和生理学教授，出版了《生理学手册》第一卷，并开始流体力学的涡流研究。1857年起，他担任海德堡大学生理学教授。他利用共鸣器（称亥姆霍兹共鸣器）分离并加强声音的谐音。1863年出版了他的巨著《音调的生理基础》。
1868年亥姆霍兹研究方向转向物理学，于1871年任柏林大学物理学教授，这期间，他研究了电磁作用理论，由于他一系列讲演，J.C.麦克斯韦的电磁理论才引起欧洲物理学家的注意，并导致他的学生H.R.赫兹在电磁波的研究中取得巨大成就。他还研究过化学过程中的热力学，发表了论文《化学过程的热力学》；他从R.克劳修斯的方程中导出了早于J.W.吉布斯提出的方程。此方程后来被称为吉布斯-亥姆霍兹方程。
亥姆霍兹不仅对医学、生理学和物理学有重大贡献，而且一直致力于哲学认识论。他确信：世界是物质的，而物质必定守恒。但他企图把一切归结为力，是机械唯物论者，这是当时文化、社会、历史条件的局限性所致。1887年，亥姆霍兹任国家科学技术局主席。
德国著名物理学家和生理学家亥姆霍兹（H. Helmholtz，1821-1894）就是从永动机不可能实现的这个事实入手研究发现能量转化和守恒原理的。他在论文中写道：“鉴于前人试验的失败，人们……不再询问‘我如何能利用各种自然力之间已知和未知的关系来创造一种永恒的运动，而是问道‘如果永恒的运动是不可能的，在各种自然力之间应该存在着什么样的关系？”
焦耳
焦耳 (1818-1889)
十八世纪，人们对热的本质的研究走上了一条弯路，“热质说”在物理学史上统治了一百多年。虽然曾有一些科学家对这种错误理论产生过怀疑，但人们一直没有办法解决热和功的关系的问题，是英国自学成才的物理学家詹姆斯·普雷斯科特·焦耳为最终解决这一问题指出了道路。
焦耳1818年12月24日生于英国曼彻斯特，他的父亲是一个酿酒厂主。焦耳自幼跟随父亲参加酿酒劳动，没有受过正规的教育。青年时期，在别人的介绍下，焦耳认识了著名的化学家道尔顿。道尔顿给予了焦耳热情的教导。焦耳向他虚心学习了数学、哲学和化学，这些知识为焦耳后来的研究奠定了理论基础。而且道尔顿教诲了焦耳理论与实践相结合的科研方法，激发了焦耳对化学和物理的兴趣。
焦耳最初的研究方向是电磁机，他想将父亲的酿酒厂中应用的蒸汽机替换成电磁机以提高工作效率。1837年，焦耳装成了用电池驱动的电磁机，但由于支持电磁机工作的电流来自锌电池，而锌的价格昂贵，用电磁机反而不如用蒸汽机合算。焦耳的最初目的虽然没有达到，但他从实验中发现电流可以做功，这激发了他进行深入研究的兴趣。
1840年，焦耳把环形线圈放入装水的试管内，测量不同电流强度和电阻时的水温。通过这一实验，他发现：导体在一定时间内放出的热量与导体的电阻及电流强度的平方之积成正比。四年之后，俄国物理学家楞次公布了他的大量实验结果，从而进一步验证了焦耳关于电流热效应之结论的正确性。因此，该定律称为焦耳—楞次定律。
焦耳总结出焦耳—楞次定律以后，进一步设想电池电流产生的热与电磁机的感生电流产生的热在本质上应该是一致的。1843年，焦耳设计了一个新实验。将一个小线圈绕在铁芯上，用电流计测量感生电流，把线圈放在装水的容器中，测量水温以计算热量。这个电路是完全封闭的，没有外界电源供电，水温的升高只是机械能转化为电能、电能又转化为热的结果，整个过程不存在热质的转移。这一实验结果完全否定了热质说。
上述实验也使焦耳想到了机械功与热的联系，经过反复的实验、测量，焦耳终于测出了热功当量，但结果并不精确。1843年8月21日在英国学术会上，焦耳报告了他的论文《论电磁的热效应和热的机械值》，他在报告中说1千卡的热量相当于460千克米的功。他的报告没有得到支持和强烈的反响，这时他意识到自己还需要进行更精确的实验。
1844年，焦耳研究了空气在膨胀和压缩时的温度变化，他在这方面取得了许多成就。通过对气体分子运动速度与温度的关系的研究，焦耳计算出了气体分子的热运动速度值，从理论上奠定了波义耳—马略特和盖—吕萨克定律的基础，并解释了气体对器壁压力的实质。焦耳在研究过程中的许多实验是和著名物理学家威廉·汤姆生（后来受封为开尔文勋爵）共同完成的。在焦耳发表的九十七篇科学论文中有二十篇是他们的合作成果。当自由扩散气体从高压容器进入低压容器时，大多数气体和空气的温度都要下降，这一现象就是两人共同发现的。这一现象后来被称为焦耳—汤姆生效应。
无论是在实验方面，还是在理论上，焦耳都是从分子动力学的立场出发进行深入研究的先驱者之一。
在从事这些研究的同时，焦耳并没有间断对热功当量的测量。1847年，焦耳做了迄今认为是设计思想最巧妙的实验：他在量热器里装了水，中间安上带有叶片的转轴，然后让下降重物带动叶片旋转，由于叶片和水的磨擦，水和量热器都变热了。根据重物下落的高度，可以算出转化的机械功；根据量热器内水的升高的温度，就可以计算水的内能的升高值。把两数进行比较就可以求出热功当量的准确值来。
焦耳还用鲸鱼油代替水来作实验，测得了热功当量的平均值为423.9千克米/千卡。接着又用水银来代替水，不断改进实验方法，直到1878年，这时距他开始进行这一工作将近四十年了，他已前后用各种方法进行了四百多次的实验。他在1849年用磨擦使水变热的方法所得的结果跟1878年的是相同的，即为423.9千克重米/千卡。一个重要的物理常数的测定，能保持三十年而不作较大的更正，这在物理学史上也是极为罕见的事。这个值当时被大家公认为热功当量J的值，它比现在J的公认值 ——427千克米/千卡约小0.7%。在当时的条件下，能做出这样精确的实验来，说明焦耳的实验技能是多么的高超啊！
然而，当焦耳在1847年的英国科学学会的会议上再次公布自己的研究成果时，他还是没有得到支持，很多科学家都怀疑他的结论，认为各种形式的能之间的转化是不可能的。直到1850年，其他一些科学家用不同的方法获得了能量守恒定律和能量转化定律，他们的结论和焦耳相同，这时焦耳的工作才得到承认。
1850年，焦耳凭借他在物理学上作出的重要贡献成为英国皇家学会会员。当时他三十二岁。两年后他接受了皇家勋章。许多外国科学院也给予他很高的荣誉。虽然焦耳不断进行着他的实验测量工作，遗憾的是，他的科学创造性，特别是在物理概念方面的创造性，过早地就减少了。1875年，英国科学协会委托他更精确地测量热功当量。他得到的结果是4.15，非常接近目前采用的值1卡＝4.184焦耳。1875年，焦耳的经济状况大不如前。这位曾经富有过但却没有一定职位的人发现自己在经济上处于困境，幸而他的朋友帮他弄到一笔每年200英镑的养老金，使他得以维持中等但舒适的生活。五十五岁时，他的健康状况恶化，研究工作减慢了。1878年当他六十岁时，焦耳发表了他的最后一篇论文。1878年，焦耳退休。
焦耳活到了七十一岁。1889年10月11日，焦耳在索福特逝世。后人为了纪念焦耳，把功和能的单位定为焦耳。
在去世前两年，焦耳对他的弟弟的说，“我一生只做了两三件事，没有什么值得炫耀的。”相信对于大多数物理学家，他们只要能够做到这些小事中的一件也就会很满意了。焦耳的谦虚是非常真诚的。很可能，如果他知道了在威斯敏斯特教堂为他建造了纪念碑，并以他的名字命名能量单位，他将会感到惊奇的，虽然后人决不会感到惊奇。
卡诺父子
卡诺父子Carnotsfather and son
18世纪末～19世纪法国一显赫家族中的两位主要成员。
卡诺，L.N.M.(Lazare Nicolas Marguerite Carnot)军事工程师，将领。1752年5月13日生于勃艮第地区的诺莱，1823年8月3日卒于普鲁士马格德堡。早年在梅济耶尔受工程师训练，1773年入工兵团，当了10年团长。当时即以有关机械和气球的论文而著称。他尤擅长研究军事防御工事。1791 、1792年分别当选为法国立法院立法委员和国民议会议员。卡诺在法国大革命中建有战功，又在1797年9月4日的政变中被驱；后被召用，任命为作战部长和一员保民官。卡诺写过一些几何学、力学和军 事工程方面的著作，例如《要塞的防御》。他还曾担任安特卫普区的军事总管。拿破仑一世在滑铁卢战役失败后，他流亡到德国，继续写作。
卡诺 ，N.L.S.（Nicolas Leonard Sadi Carnot）物理学家，工程师。1796年6月1日生于巴黎，卒于1832年8月24，日。是L.N.M.卡诺的长子。1812年入巴黎工艺学院，从师于S.D.泊松，J.L.盖-吕萨克，A.-M.安培等。 1820年开始研究蒸汽机 。1824年发表了《论火的动力和能用其为动力的机器》（简称《论火的动力》），在他死后才为人所注意。1827～1828年任部队工程师，此后辞去职务继续从事热机理论的研究。1832年8月24日因染霍乱病卒，其物品包括大部分著作与手稿，均被焚毁。卡诺为设法提高蒸汽机的效率，创设出闻名的卡诺循环与热机，并引进了可逆性的概念。由能量守恒与当时盛行的热质说得出了有关热机效率的卡诺定理，即“在给定的两不同温度间工作的任何热机，其中可逆热机的效率最高而彼此相同，且其大小仅与该两温度有关”。这对提高热机效率和效率的极限方面，起了决定性的作用。这个定理虽用了热质说而使证法有误，但结论却是正确的，后来L.开尔文和R.克劳修斯为修正其证明，而提出了热力学第二定律和开尔文的热力学绝对温标。卡诺本人也最终放弃了热质说。除《论火的动力》外，其他笔记残页由其弟于1878年公布。
开尔文
开尔文是英国著名物理学家、发明家，原名W.汤姆孙。他是本世纪的最伟大的人物之一，是一个伟大的数学物理学家兼电学家。他被看作英帝国的第一位物理学家，同时受到世界其他国家的赞赏。他的一生获得了一切可能给予的荣誉。而他也无愧于这一切，这是他在漫长的一生中所作的实际努力而获得的。这些努力使他不仅有了名望和财富，而且赢得了广泛的声誉。
生平简介
开尔文（Lord Kelvin 1824～1907） 19世纪英国卓越的物理学家。原名W.汤姆孙（William Thomson），1824年6月26日生于爱尔兰的贝尔法斯特，1907年12月17日在苏格兰的内瑟霍尔逝世。由于装设大西洋海底电缆有功，英国政府于1866年封他为爵士，后又于1892年封他为男爵，称为开尔文男爵，以后他就改名为开尔文。
1846年开尔文被选为格拉斯哥大学自然哲学教授，自然哲学在当时是物理学的别名。开尔文担任教授53年之久，到1899年才退休。1904年他出任格拉斯哥大学校长，直到逝世。
开尔文是热力学的主要奠基人之一，在热力学的发展中作出了一系列的重大贡献。他根据盖-吕萨克、卡诺和克拉珀龙的理论于1848年创立了热力学温标。他指出：“这个温标的特点是它完全不依赖于任何特殊物质的物理性质。”这是现代科学上的标准温标。他是热力学第二定律的两个主要奠基人之一（另一个是克劳修斯），1851年他提出热力学第二定律：“不可能从单一热源吸热使之完全变为有用功而不产生其他影响。”这是公认的热力学第二定律的标准说法。并且指出，如果此定律不成立，就必须承认可以有一种永动机，它借助于使海水或土壤冷却而无限制地得到机械功，即所谓的第二种永动机。他从热力学第二定律断言，能量耗散是普遍的趋势。1852年他与焦耳合作进一步研究气体的内能，对焦耳气体自由膨胀实验作了改进，进行气体膨胀的多孔塞实验，发现了焦耳－汤姆孙效应，即气体经多孔塞绝热膨胀后所引起的温度的变化现象。这一发现成为获得低温的主要方法之一，广泛地应用到低温技术中。1856年他从理论研究上预言了一种新的温差电效应，即当电流在温度不均匀的导体中流过时，导体除产生不可逆的焦耳热之外，还要吸收或放出一定的热量（称为汤姆孙热）。这一现象后叫汤姆孙效应
克拉珀龙
克拉珀龙（Benoit Pierre Emile Clapeyron,1799～1864）法国物理学家和土木工程师。1799年1月26日生于巴黎。1818年毕业于巴黎工艺学院。1820～1830年在俄国彼得堡交通工程部门担任工程师，在铁路部门有较大贡献。回到法国后，1844年起任巴黎桥梁道路学校教授。1848年被选为巴黎科学院院士。
克拉珀龙主要从事热学、蒸汽机设计和理论、铁路工程技术方面研究。他设计了法国第一条铁路线。法国第一座铁路桥也是以他的计算为基础的，他在设计计算中发明了以他命名的支撑力矩计算法。克拉珀龙在物理上的贡献主要是热学方面。在他发表的《关于热的动力》的论文中，克拉珀龙重新研究和发展了卡诺的热机理论，1834年赋予卡诺理论以易懂的数学形式，使卡诺理论显出巨大意义。
他利用瓦特发明汽缸蒸汽的压容图示法（即现在的P－V 图），将由两个等温过程和两个绝热过程组成的卡诺循环表示出来，并且用数学形式证明了：卡诺热机在一次循环过程中所做的功在数值上正好等于循环曲线所围成的面积。他还提出由蒸汽机所作的功和在这一循环中所供应的热量之比，可定出蒸汽机的效率。这种图示法直观地显示出热机在一个循环过程中所作的功。瓦特发明的压-容图埋没多年，由于克拉珀龙的重新发现，在热力学、热机效率研究中得到广泛的应用。他在卡诺定理的基础上研究了汽一波平衡问题。按照热质说，利用一个无限小的可逆卡诺循环得出了著名的克拉珀龙方程，后来1851年克劳修斯从热力学理论也导出了这个方程。因而称之为克拉珀龙-克劳修斯方程。它是研究物质相变的基本方程。1834年克拉珀龙还由气体的实验定律归纳出了理想气体的状态方程，这个方程1874年被门捷列夫推广，故称为克拉珀龙-门捷列夫方程。
1864年1月28日克拉珀龙在巴黎逝世。
克劳修斯
克劳修斯（1822～1888）
Clausius，Rudolph
德意志帝国物理学家。热力学奠基人之一。1822年1月2日生于普鲁士的克斯林（今波兰科沙林），1888年8月24日卒于波恩。1840年入柏林大学，1847年获哈雷大学哲学博士学位。1850年因发表论文《论热的动力以及由此导出的关于热本身的诸定律》而闻名。1855年任苏黎世工业大学教授，1867年任德意志帝国维尔茨堡大学教授，1869年起任波恩大学教授。
在1850年那篇论文中，克劳修斯肯定了J.P.焦耳由实验确立的热与功的相当性（热功当量）而完全否定了热质说；他分清了热能与内能这两概念的关系和区别并明确内能U属物质的一种状态函数而功A与热量Q则否，因此就对理想气体而言写出了热力学第一定律的表达式dQ＝dU＋pdV＝dU＋dA。他进而又断定了S.卡诺的卡诺定理结论的正确性及其推理中的失误，他认为这两者间的矛盾只有立足于“热不能自发地从低温物体向高温物体转移”的基本观点才能解决，这观点就是首先由他提出的热力学第二定律的克氏表述 。在1854年《热力学第二定律的另一形式》的论文中，他又进一步证明了在可逆过程中dQ／T＝0 ，从中得出了他定名为熵S的重要状态参量。他用熵把热力学第二定律归结为熵定理（即孤立系统的熵永不减小）。当然，他推断的“宇宙总能不变而熵趋于一最大值”的“热寂论”是可疑甚至是全错的，但仍不失用物理来探讨宇宙问题的一个历史性的尝试。他还从热力学理论推导出原由B.-P.-E.克拉珀龙由热质说首先得到的现称的克拉珀龙-克劳修斯方程。
克劳修斯在气体分子运动论上的贡献是提出了严整的均位力积法来处理气体的状态方程，尤其是引进气体分子的自由程的概念来研究气体分子间的碰撞、其所属量（能量、动量和质量）的迁移及分子的几何尺寸与数密度等。这些都为研究气体的输运过程开辟了道路。
路易斯（GilbertNewtonLewis，1875—1946）
路易斯是美国物理化学家，化学教育家。1875年10月25日生于马萨诸塞州。父亲是律师，他自幼智力超常又好学，13岁时入内布拉斯加大学预备学校，后转入该大学，2年后又转入哈佛大学。从1896年至1899年相继获得学士、硕士和博士等学位。
1900年在德国哥廷根大学进修，回国后在哈佛大学任教。1905年到麻省理工学院任教，1911年升任教授，1912年担任加利福尼亚大学化学学院院长兼化学系主任。曾获戴维奖章、瑞典阿累尼乌斯奖章，美国吉布斯奖章、里查兹奖章，苏联科学院外籍院士。
路易斯具有很强的开辟研究新领域的能力，他研究过许多化学基础理论。1901年和1907年相继提出“逸度”和“活度”概念；1916年提出共价键的电子理论；1923年又对价键和共用电子对成键理论作了进一步阐述。1921年将离子强度的概念引入热力学，发现了稀溶液中盐的活度系数由离子强度决定的经验定律。1923年与兰德尔合著《化学物质的热力学和自由能》，该书深入探讨了化学平衡，对自由能、活度等概念作出新的解释。同年提出广义的酸碱概念，认为酸是化学反应中接受电子对的物质，碱是给予电子对的物质。这是化学反应理论的重大突破。在有机反应和催化反应中得到广泛应用。此外，还研究过重氢及其化合物、荧光等。主要著作有《价键及原子和分子的结构》、《科学的剖析》等。
路易斯喜欢采用非正统的方法，他具有很强的分析能力和直觉。有时，他未充分查阅文献资料就开展研究，以免接受前人偏见而影响自己的独创精神。他培养了许多化学家，是学派领袖。
纳斯·鲍林
纳斯·鲍林
1994年8月19日,美国著名学者莱纳斯·鲍林以93岁高龄在他加利福尼亚州的家中逝世。鲍林是惟一一位先后两次单独获得诺贝尔奖的科学家。曾被英国《新科学家》周刊评为人类有史以来20位最杰出的科学家之一,与牛顿、居里夫人及爱因斯坦齐名。然而,路透社在报道鲍林逝世的消息时却说,他是“20世纪最受尊敬和最受嘲弄的科学家之一”。 一个“最受尊敬”的科学家之所以“最受嘲弄”,在于他提出了维生素作用的新观点,尤其是主张超大剂量服用维生素C。 鲍林是“化学家、物理学家、结晶学家、分子生物学家和医学研究者”,他不是医生,可他偏偏引发了医学领域一场旷日持久的大论战。 鲍林根据自己多年的研究,于1970年出版了《维生素C与普通感冒》一书。书中认为:每天服用1 000毫克或更多的维生素C可以预防感冒:维生素c可以抗病毒。这本书受到读者的赞誉,被评为当年的美国最佳科普图书。 可是,医学权威们激烈反对鲍林的论点。有的说:“没有任何证据能够支持维生素C可以防治感冒的观点。”有的说:“这对预防或减轻感冒没有什么用处。”权威部门也纷纷表态。例如,美国卫生基金会就告诫读者:“每天服用1000毫克以上维生素C能预防感冒的说法是证据不充分的。”美国医学协会也发表声明:“维生素C 不能预防或治疗感冒!”只有个别医学家及几百位普通病人用自身的经历支持鲍林。 鲍林身陷重围。攻击他的人说他根本不是医生,没资格来谈论维生素C防治感冒的问题:还有人干脆把他讥讽为江湖医生。或说他用维生素C防治感冒是江湖游医式的宣传。尊重他的人则叹惜他晚年“不安分”,说他完全可以安享荣耀,可他非要闯入医学领域。而离开他自己的化学“主流”太远。 然而。鲍林不管这些。1979年。他和卡梅伦博士合作出版了《癌症和维生素C》一书,建议每个癌症患者每天服用10克(1克等于1000毫克)或更多的维生素C,建议癌症患者“尽可能早地开始服用大剂量维生素c,以此作为常规治疗的辅助手段”。他们说:“我们相信这种简单的方法将十分显著地改善癌症治疗的结果。” 但是。医学权威们更不相信这种观点。鲍林先后8次向国家癌症研究所申请资助,以便通过动物实验做进一步研究,可这位世界知名科学家的每次申请都被否定。他只能靠“许多人资助”来工作。即使如此。权威机构和权威人士还是声明:维生素C对癌症没有价值。此时,仍然是一些病人用自己的实例来支持鲍林的观点。
1985年,鲍林又写了一本有关健康长寿的书。他在谈及“一种提高健康水平的摄生法”时,介绍了12项具体步骤,第一项就是:“每天服用维生素C6～18克,或更多。一天也不要间断。”他认为。“这种摄生法的主要特点就是增补维生素”,他自己则是个多年的身体力行者。他说:“1985年我写这本书时。每天服用4片营养物质加上18克维生素C。”鲍林认为。不管你现在年龄多大,每天服用最佳量的维生素(逐步增加维生素C用量),都是有益的。他说:“从青年或中年时开始。适当地服用维生素和其他营养物质,进行一些健身运动,能使寿命延长25～35年。”“如果你已进入老年,服用适当的维生素并进行一些健身运动,可以期望使衰老进程减慢,延长寿命15年或20年。”他的超大剂量服用维生素C可以益寿的观点自然又一次被医学界所拒绝。 医学权威们与鲍林的最大争论焦点在于维生素C的用量。鲍林认为,“对大多数成人来说.维生素C的最佳摄入量是在2.3～10克的范围内。”如果需要,还可以增加到每天20克、30克或更多。鲍林认为,无论是对付病毒、癌症还是抗衰老。维生素C的用量都应大大高于当时的规定用量。所以严格说,剂量之争是双方的关键之争。 在鲍林去世之前,美国的权威机构——食品营养委员会对维生素C的推荐剂量是每天60毫克。有些营养学家认为只要30～40毫克就行了。可鲍林向人们建议的服用量是专家推荐剂量的几十倍到几百倍。这自然要遭到医学界人士的坚决反对了。美国健康基金会主席明确告诫人们:“所谓的大剂量维生素疗法必须避免。”医学界反对大量服用维生素C的重要理由是:这会使人得肾结石。但鲍林反驳说:尽管理论上有这种可能,可是在医学文献中没有一个肾结石病例是因大剂量服用维生素C而导致的。 在鲍林去世之前。双方始终是各执一词,互不相让。 不知是有意还是无意,直到鲍林逝世以后。我们才初步看到了关于维生素C剂量和作用方面的一点变化:
1995年2月,美国心脏学会和部分营养学家向美国国家食品与药品管理机构建议:将维生素C的每日推荐量由60毫克提高到250～1000毫克。
1996年4月,美国国立卫生研究院的科学家声称:一个人每天摄入200毫克维生素C是最理想的,而不是60毫克。
1996年《纽约时报》报道的一则调查称。有30%～40%的美国人在服用维生素C,其中1/5的人每天服用量超过1克。
1997年10月,《美国临床营养杂志》报道,研究人员对247名年龄在56～71岁的妇女进行了调查,其中有11%的人每天补充维生素C超过10年,这些服用者没有一人得白内障。研究人员认为,长期补充维生素C,可使白内障的危险减少77%以上——而鲍林早在1985年前就这样论述了,然而,医学界原先不相信。
2000年美国药物研究所食品和营养委员会的评估认为:成人每天服用不超过2 000毫克维生素C是安全的。 有报告称,据对14例临床实验证明,每天口服10克维生素C且连续3年,未发现1例肾结石。现在。多数医学界人士相信。维生素C确有一定的防治感冒的作用。研究发现。每天摄入300～400毫克维生素C的男性,要比日摄入量60毫克及不足60毫克的人多活6年。 如今,许多专家承认:维生素C有抗癌作用,能预防多种疾病,包括老年痴呆症。有报道说。对18例晚期癌症患者,每天1次给予维生素C10～20克静脉滴注。结果14例全身骨关节痛患者治疗1周后有7例明显缓解。 关于维生素C作用与剂量的这场大论战。鉴于美国的影响力和双方的知名度,一开始就越过了国境,波及到全球。各国的医学界人士起初差不多也都站到了美国同行那边。遥想当年。鲍林几乎是“孤军作战”地与众多医学权威机构和权威人士论争,他为此而受到的嘲弄和轻蔑是一位著名学者,也是一般人难以忍受的。可鲍林在长长的20多年时间里,义无反顾地奋起捍卫自己的观点,这种勇气和探索精神令人深深敬仰。 时至今日,美国和世界各国的许多专家学者已经承认或接近承认鲍林的观点了,然而论争仍远远没有结束,例如,有些人认为维生素C能抗癌,有些人却认为它能致癌。总之,维生素C的作用与剂量问题仍需继续研究。 诚然,鲍林的某些观点是否有失偏颇,尚待实践进一步检验。即使有朝一日证明他的论点不够完美,他的探求精神依旧值得人们学习。毕竟探索永无止境,毕竟科学未到尽头,我们没有理由因循守旧。从这个角度看,鲍林的其他观点也是值得人们深思的。他说:“医生在行医时应当慎重是对的,但是,如果医学要进步,行医这行业也需要接受新思想。”“医生的意见不是一贯正确的,虽说其用心善良,患者要自己做出决定。”
普里戈金
I.llyaPrigogine(1917～2003，又译普利高津)比利时物理化学家和理论物理学家。1917年1月25日生于莫斯科。1921年随家旅居德国。1929年定居比利时,1949年加入比利时国籍。他于1934年进入布鲁塞尔自由大学,攻读化学和物理,1939年获理科硕士学位，1941年获博士学位。1947年任该校理学院教授。1959年任索尔维国际理化研究所所长。1967年兼任美国奥斯汀得克萨斯大学的统计力学和热力学研究中心主任。1953年当选为比利时皇家科学院院士。1967年当选为美国科学院院士。
普里戈金长期从事关于不可逆过程热力学（也称非平衡态热力学）的研究。1945年他提出了最小熵产生定理，该定理是线性不可逆过程热力学理论的主要基石之一。他和同事们于60年代提出了适用于不可逆过程整个范围内的一般发展判据，并发展了非线性不可逆过程热力学的稳定性理论，提出了耗散结构理论，为认识自然界中（特别是生命体系中）发生的各种自组织现象开辟了一条新路。耗散结构理论在自然科学及社会科学的许多领域有重要的用途。因创立热力学中的耗散结构理论，普里戈金获1977年诺贝尔化学奖。普里戈金在物理化学和理论物理学的其他方面，如化学热力学、溶液理论、非平衡统计力学等，都有重大的贡献。他的主要著作有《化学热力学》、《不可逆过程热力学导论》、《非平衡统计力学》和《非平衡系统中的自组织》等。
2003年5月28日，普里戈金（I.Prigogine）逝世于布鲁塞尔。
普里戈金指出，以牛顿力学为代表的近代科学，描述的是一个钟表式的自然界，一个轨道的、永无发展的静态世界，一个相对静止和存在绝对化的世界。这集中地体现在以牛顿为代表的经典物理学中：作为参数的时间t换为-t有相同的结果，时间可逆、未来和过去看来没有实质性的区别。而近代的热力学成果正如热力学第二定律指出的，一个封闭系统只会自发地熵增、走向无规无序。这里揭示的，是一个不断演化的、时间有方向的世界。生物进化论也告诉人们，生命世界处于不断向上发展之中，时间之矢不可逆地指向未来，形态越高，变化越快。
在普里戈金看来，两类时间，前者给出静止的存在的世界图景，后者传递了动态的演化的世界图景。正是这种科学基础上的矛盾，使得我们的世界被一分为二，从而文化也被一分为二，分成了无过程无历史无激情的科学文化和有经历有历史有情感的人文文化。而且，两种箭头，前者导致了克劳修斯“热寂说”，描述了一幅江河日下、宇宙在自发走向死亡的退化论自然图景;后者却是一个从低级向高级、由简单到复杂、直至产生出人这样的万物之灵的进化过程，达尔文进化论向我们呈现了一幅蓬勃向上、生机盎然的自然图景。这是两种多么不一样的图景。
科学，更一般地说，我们的文化，竟然是带着如此深刻的矛盾和难题告别十九世纪而步入二十世纪的。甚至在二十世纪初建立起相对论和量子论的物理学革命中，上述问题基本上没有受到触动，更谈不上得到真正的解决了。
对于普里戈金来说，要解决这些问题，科学就必须要重新发现时间，就需要从近代科学以来以超然于自然界、站在时间之河的岸上的态度来看自然界，转到融入大自然和时间之中来认识大自然、认识时间，从而在新的高度上把克劳修斯退化论与达尔文进化论统一起来，同时才可能将存在的静止的世界图景与演化的过程的世界图景、自然科学文化和社会人文文化的巨大分裂加以弥合。
普里戈金在二十世纪四十年代于平衡态附近的热力学的研究中，证明了著名的最小熵定理。接下来，他的研究深入到远离平衡态的热力学，又经过二十年的奋斗，终于建立起来耗散结构理论。1967年，普里戈金首次在一次国际学术会议上发表了关于耗散结构理论的研究成果,正是这项果使他获得了诺贝尔化学奖。 耗散结构理论和非平衡态热力学的研究，仅是重要的科学成果的进展，而且还昭示了一种新的自组织的发展观。
封闭没有发展，平衡也没有发展，这是耗散结构理论的基本结论。十九世纪的平衡态热力学已经告诉我们，一个孤立封闭的系统，只会自发地发生熵增，自发地走向崩溃瓦解。换言之，开放和非平衡是系统发展的必要前提。普里戈金对此进行了深入的探讨，提出并建立起耗散结构理论。耗散结构理论有一个简洁的基本公式：dS=deS+diS。按照普里戈金的意思，它表达的是这样的一个基本思想，一个远离平衡的开放系统（不论它是物理、化学的，还是生物学、生态学的，乃至是社会、经济或精神的），通过与环境进行物质、能量和信息的交换即通过物质、能量和信息的耗散，从而就可能自发组织起来，实现从无序到有序的转变，形成具有一定组织和秩序的动态结构。这里强调的是，通过交换和耗散，只要从环境引入的负熵(deS)大于系统的自发的熵增(diS〉0)，系统整体上就可以实现熵的减少（dS=deS+diS〈0），当系统进入非平衡态，其中的非线性相互作用得以表现出来，就可能形成新的有序结构。
发展是通过涨落达到有序，自组织的机制就是通过涨落的有序，这是耗散结构理论的又一个重要结论。涨落也被称作起伏，通常被看作是噪声、干扰。从系统的存在状态上看，涨落是对系统的稳定的平均的状态的偏离；例如，人们的个子有高有低，也可以看作是对于平均身高的偏离。从系统的演化过程来看，涨落是系统同一发展演化过程之中的差异，也表现出发展成果中的不平衡。涨落普遍存在，只要是由大量子系统或要素组成的宏观系统，其中就必定存在着一定的涨落。在传统的思维中，涨落仅仅被看作某种不利于系统稳定存在的因素，只被看作干扰、破坏性因素，是人们不希望的、讨厌的东西。耗散结构理论的重要发现是，涨落可以是系统的创新之源，涨落也可以是系统发展的建设性因素。在一定的条件下，当一定的涨落得到系统整体的响应时，小的涨落就被放大成为引起系统整体进入新的有序态的巨涨落。星星之火，可以燎原，涨落就是燎原的火种。
发展并非一往直前，而是充满着分叉和选择。这也是耗散结构理论新发现的重要组成部分，也是《确定性的终结》的基本涵义。近代科学提供给世人的是一幅静态的轨道图景，只要前提条件给定了，事物的命运也就决定了，就将沿着一条轨道运行下去，而且还将可以沿着这条轨道折身返回。这样的观点，在十八世纪提出的著名的拉普拉斯决定论中得到了集中的体现，只要知道了事物的前提条件，就不止是“前知五百年”，还可以“预知五百年”乃至永远。现在，耗散结构理论开始向我们表明，复杂系统的从存在到生成、从混沌之中涌现有序，是不可逆的充满着不确定性的发展过程。我们置身于一个既非全然确定无疑的世界，也非置身于一个全然变化无常的世界，而是置身于一个决定论和非决定论在系统的发展中难分难解地联系在一起的世界。
吉布斯, 1839-1903
美国物理化学家吉布斯（Josiah Willard Gibbs,1839-1903年），1839年2月11日生于康涅狄格州的纽黑文。父亲是耶鲁学院教授。
1854-1858年在 耶鲁学院学习。学习期间，因拉丁语和数学成绩优异曾数度获奖。1863年获耶鲁学院哲学博士学位，留校任助教。1866-1868年在法、德两国听了不少著名学者的演讲。1869年回国后继续任教。1870年后任耶鲁学 院的数学物理教授。曾获得伦敦皇家学会的科普勒奖章。1903年4月28日在纽黑文逝世。
吉布斯在1873-1878年发表的三篇论文中，以严密的数学形式和严谨的逻辑推理，导出了数百个公式，特别 是引进热力学势处理热力学问题，在此基础上建立了关于物相变化的相律，为化学热力学的发展做出了卓越的贡献。1902年，他把玻尔兹曼和麦克斯韦所创立的统计理论推广和发展成为系统理论，从而创立了近代物理学的统计理论及其研究方法。吉布斯还发表了许多有关矢量分析的论文和著作，奠定了这个数学分支的基础。此外，他在天文学、光的电磁理论、傅里叶级数等方面也有一些著述。主要著作有：《图解方法在流体热力学中的应用》、《论多相物质的平衡》、《统计力学的基本原理》等。
吉布斯从不低估自己工作的重要性，但从不炫耀自己的工作。他的心灵宁静而恬淡，从不烦躁和恼怒，是笃志于事业而不乞求同时代人承认的罕见伟人。他毫无疑问可以获得诺贝尔奖，但他在世时从未被提名。直到他逝世47年后，才被选入纽约大学的美国名人馆，并立半身像。
一个世纪之前，化学实际上是一门实验科学。那个时代的杰出化学家大多是实验工作者，他们从事于提炼新的物质，并鉴定其性质。那时的化学理论在本质上是描绘性的或是叙述性的，象Dalton的原子论与 Mendeleev的周期表就是明证。有两位在 19世纪工作的理论学者由于导出了某些可以支配物理和化学过程中物质行为的数学定律而改变了化学的真正面貌。这两位学者之一是James Clerk Maxwell，他的贡献在于我们第五章所讨论的气体分子运动论。另一位便是J. Willard Gibbs，自 1871年至 1903年去世时，任耶鲁大学的教授.
1876年Gibbs在康乃狄格科学院院报上发表了题为《论非均相物质之平衡》 著名论文的第一部份。当这篇论文于1878年完成时（该文长达323页），化学热力学的基础也就奠定了。这篇论文首次提出了我们在本章用来讨论反应自发性的最大功和自由能的概念。其中还包括我们将在第十五章讨论的有关化学平衡的各种基本原理。文章还应用热力学定律阐明了相平衡原理（第十一章）、稀溶液定律（第十二章）、表面吸附的本质（第十六章）以及伏打电池中支配能量变化的数学关系式（第二十二章）。
假如 Gibbs 从未发表过其它论文，单凭这一项贡献就足以使他名列科学史上最伟大的理论学者的行列之中。几代实验科学家曾因在实验室证明了Gibbs 在书桌上推导出来的关系式的正确性而建立了他们的声誉。这些关系式中有许多又为其它科学家重新发现，1882年由Helmholtz 提出的方程（即Gibbs-Helmhotz 方程）就是其中一例，——Helmholtz 当时对Gibbs 的工作是完全不知道的。
Gibbs 在他的余年对化学、天文学和数学作出了巨大贡献。在这些成就中有1881与1884年发表的两篇论文，它们确立了今日我们称之为矢量分析的学科。在1901年他发表的最后一本著作名为《统计力学中的基本原理》。在这本著作中，Gibbs运用支配体系性质的统计原理阐明了他在事业开始之际从完全不同的观点导出的热力学方程。在这本书中，我们也看到了如今在社会科学以及自然科学受到如此重视的有关熵的“混乱度”的解释。
J．Willard Gilibs是一位地道的“在自己的本土上不享荣誉的先知”。他在New Haven以及美国其它各地的同事，直到他的晚年也没有察觉到他工作的意义。在他作为耶鲁大学教授的头十年，没有得到任何薪俸。1920年，在他首次被提名进入纽约大学的美国名人馆时，在可能获得的 100票中他只得到了 9票。直至1950年他才被选入该机构之中。即使到今天，除了对自然科学感兴趣的人外，受过教育的美国人对人 Willard Gibbs的名字仍旧感到生疏。
必须承认，Glbbs的工作多年没有得到人们的重视，他本人应承担主要责任。他从来不愿化费一点力气宣传他自己的工作；康乃狄格科学院院报远非当时第一流期刊。Gibbs属于那种似乎内心并不要求得到同时代的人承认的罕见的人物中的一个。他对于能够解决自己脑海中所存在的问题便感到满足，一个问题解决之后，接着他又着手思考另一个问题，而从来不愿想一想别人是否了解他究竟做了些什么。
他的论文很难看懂，他很少接引范例帮助说明他的论证。他所导出的定律的含义时常留给读者自己推敲。多年以后，他在耶鲁的一位同事承认，康乃狄格科学院当时没有一个成员能够读懂他有关热力学的论文，正如这位同事所说的：“我们了解Gibbs并承认他的贡献全凭盲目”。
早在Gibbs 的工作在本国受到重视之前，Gibbs在欧洲已经得到承认。那个时代的杰出理论家 Maxwell不知从哪里读到了Gibbs的一篇热力学论文，看出了它的意义，并在自己的著作中反复地引证过它。Wilhelm Ostald这样称赞Gibbs:“从内容到形式，他赋予物理化学整整一百年。”Ostwald同时在 1892年将他的论文译成了德文。七年之后， Le Chatelier又将名译成了法文。
Muriel Rukeyser在她所著的 Gibbs传记中讲了这样一件足以揭示这位伟人、科学家内心世界的轶事。在Gibbs早年的一篇著作中有一段关于冰、液态水与水蒸气相平衡的论述。Rukeyser 女士写道：“这里， Willard Gibbs又一次只给出干巴巴的概念，而把本来可用以消除他与听众之间隔阂的步骤置之不顾。Maxwell补充了他本人带有结论性的看法，这必定比任何其它礼物更能打动 Gibbs 并使他感到高兴的了。”这位著名的英国理论家做了一个石膏模型，以图解的方法展现出有关的热力学关系式。他把这个模型送到了 New Haven。
Gibbs将这个模型带到了课堂上，但在自己的讲演中却从未提到过它。有一天，一个学生问起这个模型是从哪里来的。Gibbs带着他那使人难以忍受的谦逊回答：“是一位朋友送来的。”这个孩子明明知道这位朋友是谁，还问：“这位朋友是谁？”但Gibbs所回答的只能是：“一位英国朋友”。
二、百年来的物理化学发展
【摘要】本文节译自今年元月号的美国科学家杂志（American Scientist），原作者是著名的物理化学家威尔森（E.B.Wilson）。其研究主要贡献是在微波分子光谱，他的儿子威尔森（K.G.Wilson）因对统计力学的贡献，得到1982年诺贝尔物理奖。
物理化学所涵盖的范围相当广，要回顾物理化学一百年来的发展（1885～1985年）相当不易。百年来许多源于物理的观念及仪器被应用在化学问题上，并进一步为化学家们所发扬光大，再应用到生化、生物、医药及其它科学。这篇文章所要强调的，就是这些观念及仪器的转移过程。化学本身可以说是不断尝试错误的结果，例如燃素（phlogiston）理论（十八世纪燃烧的基本假说）、亚佛加厥假说（同体积的不同气体在同温同压下，含相同数目的分子），都是经过长久的摸索，才得以建立。由于量子力学的出现，解决了许多非常复杂的问题，早先科学拓荒者所遭遇的难题，若以现代量子力学观点来看就较容易解释。在这里我们只选择几个项目来谈：化学键、化学动力学、雷射及计算器对物理化学所带来的冲击。
化学键
十九世纪中叶科学家认为电气本身可能是一种原子。当他们设法解释了法拉第的电解定律之后，这种感觉就更加踏实。史东尼(J.Stoney)称这种电气原子为电(electron)。后来汤姆森（J.J.Tomson）做了一连串实验单离出了电子，测量了它的电量及质量，并且发现所有的原子都含电子。稍后，物理学家的并行发展，例如由汤姆森到拉瑟福德（Rutherford）到波尔（Bohr）的研究，发展出一个新的原子模型：一个带正电荷的原子核是原子的重量所在，其外为带负电的电子云包围。这些发展，指明了牛顿力学必须加以修正。在「古典」量子力学中，曾提出了一些新法则，但结果并不甚好，有时与实验结果不相符合。
虽然物理的原子模型对化学键并没有直接贡献，但是物理化学家刘易斯（G.Lewis）以物理学家的观念为基础进一步强调，包围原子的最外层轨道具八个电子时最稳定。同时也注意到几乎没有分子以奇数电子存在，至少周期表中前几列元素如此。因此，刘易斯假设电子趋向成对，但他将成对的原因归因于磁力的作用却是错误的。
基于以上假设，刘易斯建立一套共价键理论，每一个原子趋向八隅体。两原子可藉一对、两对或三对电子键结，关于键结又建立一套非常有名的点键式（dot formulas）。例如在乙炔中的三键即可表示为：
H：C：：：C：H
每一个碳原子周围有八个共价电子，碳的四个外层电子中三个电子与另一个碳原子形成三键，剩下一个电子和氢形成单键。刘易斯最早的电子模型是假设电子对位于立方体的角落，但不久就放弃这个模型。虽然刘易斯的点键式当时并没有很快发展成物理定律，但到今天仍非常实用。可以说刘易斯的电子对观念比物理学家早了几年。
1925年量子力学的一些新发展，结束了古典量子理论一再失败的惨痛经验。科学家们应用量子力学很快解决了所有基础及古典问题，揭开了许久以来人类无法解决的阴霾，使科学的探索进入更深更广的境界。量子力学迅速的发展应归功于当时许多杰出的年轻科学家，包括狄拉克（Dirac）、海森堡（Heisenberg）及薛丁格（Schr?dinger）等人及受他们影响的一群物理化学家，如史拉特（Slater）、鲍林（Pauling）及穆立肯（Mulliken）。科学家们首先解决的难题是氢分子；它具有两个电子及两个正核子。因为核子的质量远大于电子，一个很好的假定是核子在空间固定不动。1927年，海特勒（Heitler）及伦登（London）首先以近似的方法证明，量子力学加上库伦定律即可得到实验的键能值。所以刘易斯的电子对共价键也可由理论推得。
量子力学的结果同时也带来一些不正确的观念，那就是强调现在化学只是物理的分支。但实际上以理论计算预测电子性质及结构，仅限于极少数简单小分子。当电子数愈多计算愈困难，很快的就超过了大型计算机的极限，无论计算机再进步，量子力学对大部分的问题仍不实用。即使量子力学理论完全适用，且我们有超大型计算机，我们是否可以不靠实验室，预测所有可能存在的化学结构？这是非常耐人寻思的问题。几百年来，人们在实验室中勤劳的工作，无数的人力花费在发现、制备、纯化、研究百万种化合物。好不容易人们才澄清一些基本的原子及分子观念，例如十九世纪的化学家经过相当长的时间，才接受氧、氮、氢分子含两个原子的观念。是否仅靠计算就可推得化学动力学原理，预测蛋白质、DNA等的存在？这都是相当可疑的
利用量子力学的确可以开始了解，由经验得到的许多事实、规则、原理。但是以化学文献的迅速成长和累积来看，量子力学所能解决的化学问题极为有限。即使以最简单的氢分子（以一对电子抓住两个质子）为例，目前我们对其化学键的成因是否彻底了解？至今也很难下定论。1960年早期的化学家认为所谓钝气：氦、氖、氩、氪、氙、氡，因为外层轨道完全填满，不可能形成任何化合物。但今天已经制备出氟化氙及其它相似的化合物，用于研究、应用方面，于是很快又出现一套理论解释此现象。由于电子自旋、电子轨道及鲍立不兼容原理发现之后，科学家们对化学键又有了进一步的了解。
1925年，因为分析原子光谱，而发现了电子的另一个特性，称为自旋（spin）。狄拉克证明每一个电子自旋有一个相对应的角动量值，而每一个电子只可能有两种自旋状态，它与角动量的方向有关。量子力学中的电子轨域是一个三度空间的单电子波函数，借着轨域可以描述电子在空间的分布。鲍立不兼容原理是说：不可能同时有两个电子在同一个轨道上具有相同的自旋。而在量子力学中，这原理的另一表示法是说，如果我们互换任意两个电子的坐标及自旋，只容许改变波函数的正负符号，就H2两个电子的波函数而言，只要它们的自旋反向，两个电子可同时占据同一轨域，这就是刘易斯的电子成对的背后原理。如果我们处理具4个电子的两个氦原子（He2），就需要两个轨域而且两轨域的能量不同。如果在数学上解出轨域能量，就可以证明两个氦原子会互相排斥，也就是说不会形成键。因为根据鲍立不兼容原理，另两个电子被迫进占较高能阶轨域，致使He2分子宁可分解。同样来看XeF2，当两个氟原子接近氙时，参与两个化学键的四个电子只能分别进占一个低能量及一高能量分子轨域。氙原子得提供二个原子轨域分别参与二个分子轨域，因此氙原子的价电子得提升至更高能阶，否则亦无法形成键结。当氙电子提升了能量，这些提升能量的损失可由氟－氙形成的键结能量来补偿，所以能产生稳定化合物XeF2。
以上讨论过于简化，但足以说明化学键虽只涉及静电力，也必须深入了解电子的分布。而电子的分布又与电子自旋、轨域、测不准原理、鲍立原理有关。定性的讨论虽很容易满足已知的结果，但常为吻合事实而流于自圆其说，最安全的办法还是做定量计算。
化学动力
键结是原子形成分子时静态下的基本排列，而动力是观察因化学反应所引起的键结变化，目的是要了解反应步骤。
即使到了1930年，许多关于动力学的研究仍停留在以原始的技术做化学分析。例如许多工作是测总压对时间的变化量，分析这样的数据往往需要许多假设，而这些假设大半并不正确。由于科技的日新月异带动了化学动力学的发展。紫外光、红外光、雷射、质谱分析开始应用到实际分析工作，接着是电子顺磁共振（EPR）、微波光谱，核磁共振的出现，目前已成为分析方面不可或缺的工具。最近化学动力学的新突破是雷射应用于鉴定及测量特殊化合物或中间产物。类似这样的工具大多数是由物理学家设计，经化学家进一步研究，而发挥了它们在化学上的发展潜力
部分化学动力学家在努力研究尚未完全建立的单分子反应（unimolecular reaction）理论。这就是要解决一个熟知现象：某些气相反应速率与反应分子数有关而与压力无关，像放射性衰变速率一般，它也是不受压力影响。因此认为这种单分子反应与碰撞无关，因为碰撞与压力有关。
1916年到1928年间，有人假设这些反应是因分子吸收容器壁的热辐射而发生，这就是所谓单分子反应的辐射假说。这个假说可以解释为什么反应速率与压力无关，随温度增加而增加，但许多实验却推翻了这个假说。例如N2O5的分解反应，原先被认为是单分子反应的典型例子，却经发现，在理论的热辐射频率范围内，没有N2O5分子的吸收带，再者理论上要求照射能量强度为实际的10,000倍。另外一个实验的否定是，在强的红外光照射下，并不能加速反应。因此实验技术的可信度愈高，其理论愈不适用。因此有人怀疑：是否会有真正的单分子反应？事实上，辐射假设建立不久，就发现许多单分子反应只是容器壁催化的结果，或本身就不是单分子反应。但实际上，仍存有真正单分子反应。例如双分子（bimolecular）反应的第一步，小部分分子经碰撞呈振动激态，绝大多数这些分子会再经由碰撞回到基态，放出能量。但某些分子在释放能量前，会以此振动能量打断分子中较弱的局部键结，进行单分子分解反应。只要因碰撞激发的速率足够大于断键速率，整个分解反应的速率就不是决定于激发的速率，这条件下可视为单分子反应，与反应浓度或压力无关。但压力下降到某一程度，反应速率仍会随压力减小而变慢。
今天反应动力学仍是大家争相研究的对象，以理论观点讨论反应分子藉碰撞激发的细节及活化能的变化，尤其是激发后能量在不同振动能阶的分布到底有多快？如果能控制反应细节，就可以利用不同频率的光源激发，以得到不同的产物。但因能量再分布过于迅速，很难得到化学家期望的可控制的选择性反应。 除分析技术进步之外，也有其它重要的发展，像1930年的分子束技术。这是在真空管中射入两个不同分子束，碰撞后直接反应，并控制分子束速度、相对角度及特殊旋转状态，进一步了解藉碰撞反应的过程。例如可以测出移动、转动、振动之间能量分布情形，因而了解反应状态的变化。
今我们还能侦测离子与自由基，即使它们的半生期相当短。离子与分子间的反应较特殊，因为带电分子作用范围大，即使离子与分子保持相当距离，反应仍会发生，所以离子与分子的有效碰撞直径大于两中性分子。
了解简单气相反应这些基本问题之后，再推展到两个更有趣的范围：星云中的分子反应及大气的反应。后者因为关系我们未来的气候，甚至我们生存的环境，显得尤其重要。这也必须投入相当的研究，以期合理的预测环境中有害的物质释放到大气中所造成的影响。这一类环境问题的解决有赖不同专家间打破彼此界限而携手合作。例如酸雨的问题，从发现、了解到防治就牵涉化学家、天文学家、物理学家、地质学家、植物学家、工程师，甚至从政者，各方面的联系、沟通才能解决。科学家处理问题的态度一般是将问题简化到可能解决的程度，但不幸的是环境问题是自然界的选择和设计，它倒无意简化问题。这就造成一种现象，例如关于预测CF3Cl、超音波飞机消耗大气中的臭氧（O3）及对大气臭氧层可能造成的威胁等一些早期的报导，由于当时数据不完全显得言之过早。一个问题造成的影响因素是多方面的，可能因无法全盘了解而产生偏差的报导。工业及农业的蓬勃发展所带来的环境危害，很可能超出我们想象。
侦测大气中微量有害物质的新进展，也有非常显着的结果。例如我们可以侦测到微量但有其重要作用的OH；又如发现不仅是二氧化碳，其它物质也可能造成温室效应；我们不再需要数十年的时间去观察某些变化的趋势，也能知道CH4一年的增加率是1％。但可叹的是，我们在危险还未暴露出来以前，并不能确定危险性并及早防治。
化学动力学的另一个应用是了解星云物质的反应，大约已有六十种物质经由微波光谱鉴定；大部分含一个或数个碳原子，部分与生命化学有关。有些在实验室中未曾制备的分子、离子及自由基，证实存在于星云中。星云的环境相当奇特，由于密度相当低，碰撞发生的机率极小，在密度极稀处，甚至要一年分子才有机会碰撞一次，但是由于星云体积庞大，仍有足够的分子数提供可观察的光谱。这方面的研究目前仍属起步阶段。
雷射
雷射是二十世纪一项革命性的发明，使得武器、医学、印刷、光谱、通讯及地震学研究等方面发生根本的变化。
雷射的先驱是氨分子的射（maser），即微波（microwave）受激放射的放大。因为氨分子的伞状结构的正反两个异构物互换频率约是20,000MHz，在吸收此频率微波前后的二能态可藉电场分离。当氨分子送入微波光穴时，受激氨分子会被引入微波光穴，基态氨分子则因电场而被引离光穴，因此光穴中激态氨分子数多于基态，在微波照射下激态氨分子受激放出光子，就可放大原先微弱的微波辐射。这个装置即称为射。氨射可藉来回多次振荡加强振幅，使输出之辐射亦加强，如此可得到非常强的微波光源。
氨射的频率只与氨分子性质有关，与温度、压力、光穴大小无关，故可用来做定时器。紧接着这个发展的是雷射的发展，是把这相似原理应用到可见光范围。目前已发展到红外线、可见光、紫外光，甚至X光雷射。又由于雷射脉波可缩短至10-15秒，有助化学动力学研究短暂生命期的反应中间物。
雷射也可应用在通讯方面。最尖端的电话通讯系统，主要就是以附有周期性小的雷射重发器的玻璃纤维电缆为材料，目前这是投资数十亿美元的工业。一段有趣历史是：贝尔电话实验室在发明雷射后，专利部门并没有兴趣去申请专利，因为看不出它的实际用途。由于自雷射第一步应用于氨射以来，科学家们只是希望以微波光谱做纯粹科学研究，并未预料到雷射有其它方面的用途。因此从雷射的发展，让我们回想起一个非常有趣的问题：如果所有经费机构一意支持任务导向的投资计划，是否会发展出现如此用途广泛的雷射发明？例如医学界会因支持视网膜剥离治疗的实用研究计划而发展出雷射工具吗？
计算器的影响
不是真正了解物化的人一定会怀疑，过去的物理化学家如何能仅靠一些计算尺及简单的计算器，以缓慢的计算速度得到进展？科学界，尤其是物理化学受到近代计算器的影响相当深远；它不仅缩短计算时间，而且由于计算结果必须能解释我们所看到的现象，因此更改变了研究问题的态度。但过去的计算能力有限，只能以近似的方法分析。当然仍有些不屈不挠的科学家，坚持到底做他们最精确的计算。虽然今天仍有大部分复杂的计算，超过现在最大最快速的计算器的能力范围，但目前计算器已经可以解决许多从前无法解决的问题，为研究开拓一个新的境界。
计算器首先影响有机分子的结构鉴定。有机化学家以实验方法鉴定化合物结构，乃至于鉴定复杂天然物如番木碱（strychnine），这对有机化学家来说，是一项极大的挑战；必须花费极大的人力、物力，从反应、过滤、沉淀等步骤，一步步以各种方法间接确定化合物结构。当时物化学家相信：只要以X射线绕射测量微小晶体，就可以得到结构数据，但真正技术仍有待突破，例如花在计算结构数据的时间与化学实验时间不相上下。随着计算器的进步，如今可以快速解出X射线绕射晶体结构。而且随着科技进步，如核磁共振的发展，古老的有机化学已经过时。但这也并不表示必须完全放弃传统方法，因为并不是每一种物质都很容易获得纯晶体。
现在计算器已不只应用在复杂的计算，例如最小平方趋近法处理二十个参数的方程式；其它非数字的应用也很广泛，如画出复杂的分子图形、以不同角度看分子或预测反应的可能产物，其它还包括利用计算器储存化学文献数据。对于目前每年近百万的研究论文，毫无疑问的计算器是最便捷的查阅之道。如果不藉计算器的协助，重复一项研究可能会比查阅从前的资料还要来得容易。
热力学和统计力学
一篇报导物化发展的文章，似乎少不了要提一下在这世纪中占有物化界主角达几十年的热力学。虽然这股热潮正在衰退之中，但其重要性仍不容忽视。以美学观点看热力，它的三个基本定律及许多方程序、规则，其逻辑就如同欧几里得几何般，相当艺术化。最漂亮的是不需要分子结构，甚至分子存在的假设，仅以有限测量值代入适当的热力方程式，即可得到其它性质，例如从一个温度为函数的平衡式就可以推得反应热
另一项杰出成就是统计力学，虽然常与热力学放在一起讨论，实际上它与热力学有很大的不同：统计力学需要详细的分子模型。统计力学的基本建立在分子很小、数目很多的观念上。即使用来处理少数分子的系统，统计方法仍可得到足以信赖的结果。特别是给熵值一个或然率的定义，因此熵值有可能在瞬时或局部减少，此即违背热力学第二定律的情况。这定义也可以澄清熵值为零的热力学第三定律的适用性。同时统计力学可应用在可逆及不可逆过程，但到现在仍有许多未能解决的问题。此外化学振荡反应也是一个有发展潜力的问题，这类非线性问题也出现在生物、机械、电机等其它学门中，相信这是个广泛而重要的研究方向。
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