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材料科学大师（2）：Victor Moritz Goldschmidt 精选

已有 13823 次阅读 2009-1-19 08:47 |个人分类:先贤故事|系统分类:人物纪事| 材料科学, 科学家传记

凡是学过冶金学的人都会知道，原子的大小是影响元素之间合金化时物相结构的重要因素。对于金属原子来说，“Goldschmidt半径”是一条很常见的术语。那么，Goldschmidt究竟是何许人也？了解这位大师的故事或许是一件十分有趣的事情。其实，Victor Moritz Goldschmidt（1888-1947）被认为是地球化学的奠基人之一。他的成就覆盖了矿物学、地球化学和晶体化学。对于材料科学来说，使他永垂青史的成就主要是他对晶体化学的分类与系统化。他也被认为是有史以来挪威最优秀的科学家。

1888年1月27日，Goldschmidt出生于瑞士苏黎世。父母是犹太人，他的父亲是一位才华横溢的物理化学家。最初他在荷兰的阿姆斯特丹和德国的海德堡上学，后来在他13岁的那年，因父亲受聘于Kristiania大学（现奥斯陆大学）的教授，便搬迁到了奥斯陆。1905年加入挪威国籍。年轻的Goldschmidt进入奥斯陆大学，学习化学（从他父亲那里）、矿物学和地质学。后来他将这三个学科相互融合，取得了惊人的成就。他20岁便大学毕业，23岁就获得了博士学位，而在挪威获得这一学位一般要到30-40岁。

1914年，年仅26岁的Goldschmidt被奥斯陆大学（抢在瑞典人之前）首次史无前例地破格聘用为矿物学教授并兼任矿物研究所所长。1917年，第一次世界大战即将结束之际，为了应对原材料短缺的困境，挪威政府任命他为国家矿物原料委员会主席和原料实验室主任。这一时期，他主要是从事钛白氧化物颜料、从碳酸盐中分离磷灰石作为化肥以及将橄榄石作为火法冶金耐火材料应用等方面的研究。

1912年，Max von Laue关于晶体点阵可以衍射X-射线的发现对Goldschmidt 的研究产生了很大的影响。20世纪20年代初，他与助手Thomassen一起，利用X射线光谱在锆矿物中寻找72号元素。遗憾的是，他们比George von Hevesy 和D. Coster迟了一步。von Hevesy和Coster在锆石中发现了这一元素，并用他们的工作地点哥本哈根的拉丁语将其命名为hafnium（铪）。不过，Goldschmidt 根据对镧系氧化物结构的研究和von Hevesy 分子体积的数据得出了锆和铪化学性质相似的结论，称之为“镧系收缩效应”。

1924-1926年间，除了分析含稀土元素的矿物之外，Goldschmidt与他的合作者们还合成了近200种化合物（主要是氧化物），覆盖了大约有67种元素，利用X射线来确定它们的晶体结构以及阳离子和阴离子的半径，根据晶体中主阳离子和主阴离子之间的半径比得出晶体中元素的配位数。

Goldschmidt在奥斯陆这一阶段的研究，发现了离子尺寸与原子壳层之间的关联以及矿物和人工合成化合物中元素间替代的规则，为晶体化学领域奠定了基础。1923-1927年间，他与他的合作者们分成8卷发表了专著《元素的地球化学分布定律》。

1929年9月，Goldschmidt接受了德国哥廷根大学的邀请，出任矿物学教授兼任矿物与岩石研究所所长。德国政府为他提供了更为充足的经费、实验仪器设备和研究助手，以期待解决微量元素地球化学中的某些问题。在那里，他组建了一个有许多外国科学家参与、比在奥斯陆大得多的研究团队。尽管战后的德国经济形势并不太好，但在哥廷根，数学、物理、物理化学以及其它科学仍然是一派繁荣。他在哥廷根的研究仅持续了7年，但那是一段十分高产的时期，取得了一系列关于地壳中众多微量元素地球化学行为的研究成果。1934年他提出了“晶体化学”的概念。

20世纪20年代稍后，他开始研究共价键晶体和金属间化合物，并且发现他们遵循不同的规则。他认为正常化合价的概念不适用于金属间化合物，建立了金属原子的“Goldschmidt半径”，它是原子在其晶体结构中配位数的函数。此前，离子半径和原子半径的概念与定义还十分模糊。自他的工作之后，它们成为精确、定量和实用的数据。尽管化学键的长度变化和配对离子与中心离子种类的不同，可导致配位数的变化。但这一情况并不降低原子半径这一概念的巨大实用意义。而这一概念正是由Goldschmidt首先提出的。

1935年9月5日，为了躲避德国纳粹的迫害，他不得不与父亲一起逃回奥斯陆，并放弃了大量他用其家庭财产购置的研究设备。当时，他在奥斯陆也没有找到任何学术职位，只能依靠为工业界工作而生活。直到1936年3月，才被聘用为奥斯陆大学矿物与地质学教授并兼任地质博物馆的馆长。鉴于当时挪威的经济困境，他也只能够维持一个很小的研究团队。尽管他在哥廷根的同事们帮助他运回了一些原料实验室的仪器设备，但他的科学研究活力已经受到了严重的摧残。强制的搬迁与颠沛流离明显地削弱了他的创新能力。1937年，他根据当年在哥廷根积累的一些研究结果，编纂发表了《元素的地球化学分布定律》的第9卷，报告了他在微量元素地球化学上的成果。他本人称之为“第九交响乐”。1937年可以说是他科学生涯的一个转折点，此后的研究成果产出明显地出现衰减。

1940年4月，德国人占领了挪威。Goldschmidt的情况变得更糟。尤其是因为他利用地质学的专业知识误导了纳粹占领者寻找挪威矿藏地点的工作，最终被盖世太保逮捕，没收了全部财产。1942年，他曾经两次被捕，随后又被释放。最后一次是在奥斯陆港的一条船上，正当他几乎要与一批犹太人一起被运往波兰集中营的时候（1942年11月27日），得到了警察的释放（事后才知道是由于一些学者和朋友们的斡旋）。在挪威抵抗组织的安排下，他转道瑞典斯德哥尔摩之后，于1943年3月前往英国。在18位皇家学会会员的提名下，他当选为英国皇家学会的外籍会员。尽管英国的同仁们好客地接待和帮助了他，但他的健康已经出现了严重的问题，每况愈下，不得不在医院和护士间渡过了生命中最好的一段时光。其间，他根据自己20多年来在晶体化学和地球化学方面的研究经验，编著了《地球化学》这部专著。书中他预言了地质年代学和同位素地球化学在未来的重要性。