施陶丁格:不隨波逐流的高分子化學之父

2021-01-15 蝌蚪五線譜

沒有施陶丁格,就不會有合成聚合物,更不會步入新材料的時代。

高分子材料、金屬材料和無機非金屬材料是當今材料世界的三大支柱,它們以各自的特點滿足著人類多方面的需要。現如今,高分子材料廣泛應用在生活中的各個領域。說起高分子材料的開創性研究,不得不說起德國化學家赫爾曼·施陶丁格。

赫爾曼·施陶丁格(材料人)

1881年3月23日,施陶丁格出生在德國,父親是一名新康德派的哲學家,他自小便受到各種哲學思想的薰陶,養成了善於思考和推理,能夠擺脫傳統觀念的束縛,堅持自己主見的良好習慣。

早在19世紀,人們已經逐步獲得了高分子材料的相關產品,但對高分子化合物的組成、結構及合成方法等基礎理論認識很少。膠體化學的奠基人,英國化學家格雷阿姆認為高分子是由一些小的結晶分子所形成。他從高分子溶液具有膠體性質入手,提出了高分子的膠體理論。該理論在一定程度上解釋了某些高分子的特性,得到許多化學家的支持,但是施陶丁格等少數幾個人對此表示懷疑。

施陶丁格(網絡圖)

1920年,施陶丁格經過深入的研究後發表了「論聚合」的論文,提出高分子物質是由具有相同化學結構的單體經過化學反應(聚合),通過化學鍵連接在一起的大分子化合物。1922年,他又提出了高分子是由長鏈大分子構成的觀點。

施陶丁格的觀點遭到膠體論者的激烈反對,有的學者勸告他說:「離開大分子這個概念吧!根本不可能有大分子那樣的東西。」但是施陶丁格沒有退卻,他更認真地開展有關課題的深入研究,堅信自己的理論是正確的。為此他先後在召開的德國醫學會議和德國化學會議上詳細地介紹了自己的大分子理論,與膠體論者展開了面對面的辯論。

辯論主要圍繞著兩個問題:第一個問題是施陶丁格認為測定高分子溶液的粘度可以換算出其分子量,膠體論者則認為粘度和分子量沒有直接的聯繫。第二個問題是高分子結構中晶胞與其分子的關係。膠體論者認為一個晶胞就是一個分子,晶胞通過晶格力相互締合,形成高分子。施陶丁格認為晶胞大小與高分子本身大小無關,一個高分子可以穿過許多晶胞。對於第一個問題,由於當時缺乏必要的實驗證明,施陶丁格顯得較被動,處於劣勢。不過施陶丁格沒有卻步,而是通過反覆的研究,終於在粘度和分子量之間建立了定量關係式,即著名的施陶丁格方程。而第二個問題,對同一實驗事實有不同解釋,雙方都不能拿出理論根據。

實驗中的施陶丁格(材料人)

科學的裁判是用實驗來證實,當雙方觀點爭執不下時,瑞典化學家斯維德貝格等人設計出一種超離心機,用它測量出蛋白質的分子量,成功證明高分子的分子量的確是從幾萬到幾百萬。這一事實成為大分子理論的直接證據。當許多實驗逐漸證明施陶丁格的理論更符合事實時,支持施陶了格的隊伍也隨之壯大,到1926年的化學會上除一人持保留態度外,大分子的概念已得到與會者的一致公認。

正是由於施陶丁格的出色工作和堅忍不拔的科學精神,才得以創建高分子科學這一新興學科。隨著塑料、合成纖維、合成橡膠三大合成材料的誕生,科學技術成功解決了地球自然資源不敷人類之需的難題。

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赫爾曼·施陶丁格(Hermann Staudinger,1881年3月23日-1965年9月8日),德國化學家。生於德國沃爾姆斯,一生主要從事高分子化學研究,率先提出高分子線鏈學說。因為其在大分子化學領域做出的開拓性貢獻,被授予1953年的諾貝爾化學獎。

名言:我站在科學道路上,我別無選擇。

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