Svante A Arrhenius

2. Svante August Arrhenius, f. 19 febr. 1859 på Vik i Balingsta socken. Föräldrar: akademifogden Svante Gustav Arrhenius och Karolina Kristina Thunberg. Genomgick Uppsala katedralskola; avlade studentexamen vid Uppsala b. elementarläroverk 2 juni 1876; inskriven vid Uppsala universitet 5 sept. 1876 och i Upplands nation 6 sept. s. å.; fil. kand. 1878; fil. lic. 17 maj 1884; disp. 26 maj och promoverades till fil. doktor 31 maj s. å.; docent i fysikalisk kemi 19 nov. 1884; Upplands nations förste kurator nov. och dec. 1888; lärare i fysik vid Stockholms högskola 10 sept. 1891; professor 31 maj 1895–1 maj 1905; Stockholms högskolas rektor 1897–1902; föreståndare för vetenskapsakademins Nobelinstitut för fysikalisk kemi 26 nov. 1904. LVS 1899; LFS 1900; LVA 8 maj 1901; RNO s. å.; LVVS 1903; KNO2kl s. å.; Nobelpristagare i kemi s. å.; LLA 1909; KNO1kl 1912; hedersdoktor i Leipzig, Cambridge, Oxford (naturv.), Birmingham (jur.) och Heidelberg (med.); innehar därjämte höga utländska ordensvärdigheter och är ledamot och hedersledamot av ett flertal utländska lärda sällskap och akademier.

Gift 1) 17 maj 1894–1896 med Brita Maria Margareta Sofia Rudbeck, f. 2 maj 1866, dotter till överstelöjtnanten K. A. Rudbeck; 2) 6 sept. 1905 med Maria Elisabet Johansson, f. 27 febr. 1871, dotter till kyrkoherden P. E. Johansson.

A:s forskarverksamhet faller huvudsakligen inom fysikalisk kemi-, kosmisk fysik och immunokemi. Hans doktorsavhandling, »Recherches sur la conductibilité galvanique des électrolytes» (1884), innehåller de första antydningarna till den 1887 klart preciserade elektrolytiska dissociationsteorin. A. hade redan 1881 hos Edlund i Stockholm på vetenskapsakademins fysiska laboratorium sysslat med undersökning av olika elektrolyters elektriska ledningsförmåga och därvid kommit till följande resultat. Eftersom elektricitetstransporten i en lösning blott är beroende av det elektriska fältets styrka, gnidningsmotståndet, som utövas mot de elektriskt ledande molekylerna, samt dessas antal per volymsenhet, så måste orsaken till att den molekylära ledningsförmågan stiger med utspädningen vara den, att antalet av ledande molekyler därvid ökas på bekostnad av de övriga, icke ledande. Följaktligen bör det för den molekylära ledningsförmågan givas ett gränsvärde, som uppnås, då elektrolytens samtliga molekyler övergått i ledande tillstånd. Detta inträffar vid oändlig utspädning. Den andra viktiga tanken, som uttalas i A:s' doktorsavhandling, är den, att fullständig parallellitet råder mellan en lösnings kemiska reaktionsförmåga och elektriska ledningsförmåga. Endast de molekyler i en lösning, som leda den elektriska strömmen, äro kemiskt verksamma. Då med stigande utspädning antalet ledande molekyler växer, så följer härav, att svaga syror bli starkare, om de utspädas, och att vid oändlig utspädning alla syror äro lika starka. Den värmemängd, som frigöres vid neutralisation av en ekvivalentvikt syra med en bas, bör vid stor utspädning vara oberoende av syrans och basens natur och lika med värmeutvecklingen vid omvandlingen av en ekvivalent ledande vatten i en ekvivalent oledande. Ur avhandlingen framgår icke med full tydlighet, vari skillnaden mellan de ledande och icke ledande molekylerna skulle bestå. Å ena sidan säger A., att de ledande, de »aktiva», molekylernas ioner i sin rörelse äro av varandra oberoende, de oledandes, »inaktivas», ioner närmare förbundna sinsemellan. Å andra sidan förklarar han tillväxten i antalet ledande molekyler vid utspädning så, att elektrolyternas koncentrerade lösningar innehålla komplexa molekyler, som dissocieras vid avtagande koncentration.

A:s doktorsavhandling ger ett omisskännligt vittnesbörd om dess upphovsmans genialitet. Vissa delar därav, särskilt upptäckten av sambandet mellan elektrisk ledningsförmåga och kemisk reaktionsförmåga, äro fullkomligt epokgörande. I betraktande av den revolutionerande naturen hos de tankar, som där uttalas, och den delvis rätt dunkla form, vari de blivit klädda, får man dock knappast förvånas över att författaren icke strax vann det erkännande, han förtjänade. Avhandlingen tillerkändes av matematisk-naturvetenskapliga sektionen vid Uppsala universitet blott betyget »non sine», och ett försök att vinna docentur stötte på svårigheter. Ett besök, som den tyske fysikaliske kemisten Wilh. Ostwald hösten 1884 avlade hos Arrhenius i Uppsala, torde ha i ej oväsentlig grad bidragit att övertyga vederbörande om betydelsen av A:s' undersökningar. Han erhöll nu docentur i fysikalisk kemi.

Ostwald hade genom en rad mätningar bekräftat A:s' uttalanden, om proportionalitet mellan elektrisk ledningsförmåga och aviditet samt visat, att i enlighet med A:s' uppfattning alla syror vid utspädning tendera att bli lika starka. A. stod just i begrepp att begiva sig till Ostwald i Riga för att där under gynnsamma yttre betingelser få fortsätta sina undersökningar, då genom faderns insjuknande och död samt därmed sammanhängande omständigheter hans närvaro i Uppsala blev nödvändig. Först i början av 1886 kunde resan anträdas — tack vare Edlunds bemödande understödd av ett Letterstedts resestipendium. Hösten 1886 lämnade A. Ostwald och fortsatte sin studieresa över Tyskland och Österrike till Holland och så 1888 åter tillbaka till Ostwald, som under tiden erhållit professur i Leipzig. Under denna resa besökte han Kohlrausch i Würzburg (1886), Boltzmann i Graz (1887) och van't Hoff i Amsterdam (1888). Grundtanken till den elektrolytiska dissociationsteorin lär ha utvecklats till full klarhet under uppehållet i Würzburg.

Den 8 juni 1887 meddelades vetenskapsakademin genom Edlund den avhandling, som ensam vore tillräcklig att försäkra A. platsen som en av naturvetenskapens stormän: »Försök att beräkna dissociationen (aktivitetskoefficienten) hos i vatten lösta kroppar.» Nära nog på dagen fyra år ligga emellan denna och doktorsavhandlingens framläggande. A. har under dessa år undergått en betydande utveckling. Den storartade originaliteten är nu förenad med en klarhet och enkelhet i tankegång och framställningsform, som ställer detta lilla arbete på tio sidor i jämnhöjd med det yppersta inom alla tiders naturvetenskapliga litteratur. Avhandlingen börjar med en hänvisning till van't Hoffs »utomordentligt viktiga utvidgning av Avogadros lag», nämligen att det osmotiska tryck, vilket utövas av ämnen, lösta i en vätska, är lika med det tryck, som samma antal molekyler åstadkommer i gasformigt tillstånd, och i övrigt lyder de allmänna gaslagarna. Proportionellt mot det osmotiska trycket äro ångtrycksnedsättningen, kokpunktsförhöjningen och fryspunktsnedsättningen, och vad som gäller för det osmotiska trycket, har följaktligen också sin tillämpning på dessa storheter. En viktig klass av lösningar, nämligen elektrolyterna, tycktes icke vilja underordna sig den van't Hoffska lagen: de visa ett vida högre osmotiskt tryck, än man att döma av deras molekylarvikt har anledning vänta. Härtill kommer, att för dessa ämnen det osmotiska trycket icke mer är proportionellt mot koncentrationen utan stiger långsammare än denna. Ett analogt fall är känt från gasernas fysikaliska kemi. Man har kunnat visa, att de abnorma tryckförhållandena där ha sin orsak i att gaserna i fråga undergå dissociation, varigenom antalet molekyler blir större, än den normala molekylarvikten anger. Man kunde tycka, att det ligger nära till hands att tillämpa en liknande åskådning på de lösningar, som visa abnormt osmotiskt tryck. Så är dock knappast förhållandet. En utspädd lösning av t. ex. koksalt skulle bestå av natrium-och klorioner men trots detta icke visa natriums och klors karaktäristiska egenskaper. De salter, som äro bildade av starka syror och baser, alltså av ämnen, som ha stor benägenhet att förena sig med varandra, skulle enligt detta betraktelsesätt lättast dissocieras, de visa nämligen de största avvikelserna från den van't Hoffska lagen. Detta synes ju innebära en direkt motsägelse. Över huvud taget torde man kunna säga, att antagandet av en höggradig dissociation hos elektrolyterna går stick i stäv mot vedertagna kemiska föreställningar. I betraktande härav är det helt naturligt, att varken van't Hoff själv eller den med undersökningar av lösningars fryspunkter sysselsatte Raoult kommit på den idén att antaga stark dissociation hos elektrolyterna. A. vågade försöket och lyckades visa, dels att elektricitetsledningen, reaktionshastigheten och de osmotiska egenskaperna i elektrolyter förklaras på ett synnerligen tillfredsställande sätt med hjälp av detta antagande, dels också »att de invändningar, som från kemiskt håll mot denna åskådning kunna göras, vid ett närmare skärskådande betydligt förminskas». Den ovannämnda avhandlingen innehåller utom framläggandet av själva grundantagandet, att de aktiva molekylerna äro dissocierade i fria ioner, som till sina kinetiska egenskaper äro likvärda med vanliga molekyler, ett första bevis för att de abnorma osmotiska trycken bero på elektrolyternas dissociationstillstånd. A. visar, att de avvikelser från van't Hoffs lag, som under detta antagande låta sig beräknas ur värdena på den elektriska ledningsförmågan, stämma överens med de direkt observerade.

De närmast följande åren ägnar A. huvudsakligen åt utbyggandet av dissociationsteorin. Man kan säga, att det första decenniet av hans vetenskapliga verksamhet står i dess tecken.

Det gällde närmast att visa, hur man på olika vägar kommer till samma värden på dissociationsgraden. Dylika beräkningar företogos, utom såsom i avhandlingen av 1887 på grundval av osmotiska och elektriska mätningsresultat, även med hjälp av siffror över syrornas aviditet (1889). Vidare behandlade A. frågan om additivitet hos elektrolyternas egenskaper. Om utspädda lösningar av syror, baser och salter till större delen innehålla fria ioner, så böra deras egenskaper kunna uttryckas som en summa av ionernas egenskaper. A. har visat, att så är förhållandet med specifika vikten, den molekylära elektriska ledningsförmågan, viskositeten, kapillariteten, kompressibiliteten, brytningsindex, den naturliga och magnetiska polarisationsrotationen m. fl. En slående bekräftelse på additivitetslagen ger oss vidare Ostwalds fotografiska studier över ljusabsorptionen i utspädda elektrolyter. Bland andra undersökningar av A. från denna tid äro att anteckna de viktiga utredningarna över jämvikter mellan flera elektrolyter, över oledares inflytande på elektriska ledningsförmågan, över dissociationsgradens temperaturkoefficient och över vattnets elektrolytiska dissociation.

Här hemma kom det officiella erkännandet A. först sent till del. Återkommen från sin utländska studieresa, vistades A. en tid hos Edlund i Stockholm (aug. 1888) och föreläste fysikalisk kemi vid Uppsala universitet. Efter Edlunds frånfälle, 1888, arbetade han 1889–90 huvudsakligen i Leipzig, där han sommaren 1889 tjänstgjorde som assistent, samt i Graz. Det blev också från Tyskland, som A. fick mottaga det första erbjudandet om anställning som universitetslärare, i det 1891 ett anbud gjordes om en professur i Giessen. A. avböjde emellertid detta i förhoppning om den samtidigt ledigblivna laboratorsbefattningen i fysik vid Stockholms högskola, vilken han också erhöll (sept. 1891). Då denna plats senare ombildades till professur i fysik, uppstodo å nyo svårigheter för A., och först efter påtryckningar från utländska forskare utnämndes han 1895 till innehavare av professuren. Två år senare valdes han till högskolans rektor och fungerade som sådan under tre 2-års perioder.

Vid mitten av 1890-talet börjar A. i sin forskning slå in på nya banor. Det är meteorologin, geofysiken och den kosmiska fysiken, som nu alltmer ta hans intresse i anspråk. Övergången från den fysikaliska kemin till dessa vetenskaper förmedlas av undersökningar över den elektriska ledningsförmågan hos fosforescerande luft och belyst luft. Till A:s' viktigaste insatser på detta forskningsområde torde böra räknas hans i förening med Ekholm utförda studier över luftelektricitetens, åskvädrens och norrskenens periodicitet, arbeten över ljustryckets roll vid de kosmiska fenomenen, teorin om nebulosorna som energiförbättrare och studierna över planeternas atmosfärer och ytbeskaffenhet, däri inbegripet hans beräkningar över den atmosfäriska kolsyrans betydelse för klimatförhållandena.

De förstnämnda av dessa undersökningar ledde bland annat till den viktiga upptäckten av en period på 25,93 dygn för luftelektriciteten och norrskenen, ett tal, som sammanfaller med den synodiska omloppstiden för de högre delarna av solens facklor vid ekvatorn. På denna koincidens och det av Maxwell 1877 teoretiskt förutsagda men först 1900 av Lebedeff experimentellt påvisade ljustrycket grundade A. sin märkliga norrskensteori, offentliggjord 1900 — kort före publicerandet av Lebedeffs arbete. Under solstrålningens inflytande bli de yttre lagren av solens atmosfär starkt ioniserade, och kring ionerna, företrädesvis kring de negativa, utfälles materie. Detta negativt laddade solstoft stötes genom den elektriska repulsionen men framför allt genom ljustrycket, som för partiklar av viss storlek överväger tyngden, bort från solen mot rymdens alla hörn. En del därav träffar jorden, och som denna befinner sig nära solens ekvatorialplan, blir det huvudsakligen de vid solens ekvator belägna delarna, som leverera, stoft till jorden. Solstoftet hejdas redan i jordatmosfärens högsta lager och ger där under solstrålningens inflytande upphov till katodstrålar. Dessa komma att röra sig spiralformigt kring de jordmagnetiska kraftlinjerna och hålla sig följaktligen vid jordens ekvator, där vertikalkomposanten är 0 på mycket stor höjd, under det de närmare polerna nedtränga i de lägre luftlagren och bringa dessa till luminiscens. Även solkoronan och kometsvansarna förklaras av A. med hjälp av solstrålningens tryck. Koronan utgöres av solstoft, kometsvansarna av kometstoft, som av strålningstrycket kastas ut i riktning från solen.

A. har visat, att strålningstrycket över huvud spelar en dominerande roll för världsdynamiken. Det är denna kraft, som i förening med den allmänna gravitationen balanserar universum. Större delen av de från solarna utstötta partiklarna uppfångas av nebulosorna, som ju intaga en betydande del av rymden, och hopgyttras småningom till kondensationskärnor. På dessa och andra i nebulosan invandrade stjärnor försiggår enligt A. en energiförbättring. De hastigaste av nebulosagasernas molekyler uppfångas av de kärnor, som ligga inströdda däri, och sänka deras entropi. Från nebulosans inre, tätare delar tillströmma nya gasmängder, och deras molekyler få genom beröring med det kosmiska stoftet, som ju mottar större delen av strålningen i nebulosan och följaktligen är starkt uppvärmt, allt större hastigheter, tills några av dem trots attraktionen i nebulosan få förmåga att tillryggalägga stora distanser och följaktligen kunna uppsamlas av under bildning varande stjärnor i nebulosan. »Genom dylika processer kan världssystemets urverk hållas i ständig gång, så att det icke löper ut.» Denna A:s' teori om universums räddning från »värmedöden» — energins fullständiga nivellering — är utan tvivel det märkligaste försök, som gjorts i denna riktning. Något säkert omdöme om dess bärkraft torde ännu knappast kunna ges. Det tycks emellertid, som om de invändningar, man framställt mot densamma, icke äro av den betydelse, att teorins grundantaganden behöva revideras.

En annan synnerligen viktig tillämpning av läran om strålningstrycket är A:s' teori om livets utbredning genom världsrymden. Problemet om livets uppkomst avskrives, i likhet med vad man redan gjort beträffande energins och materiens genesis, såsom »orätt uppställt». Vi böra ej forska efter hur livet ursprungligen blivit till utan efter hur det kunnat bli till på en viss himlakropp. A. besvarar den frågan så, att sporer av de lägsta organismerna först genom luftströmmar föras upp till de högre lagren i atmosfären på en livbärande himlakropp, där genom beröring med solstoftet anta negativ laddning och stötas ut i rymden. Sedan kunna de av strålningstrycket transporteras snart sagt vart som helst, uppfångas av öde himlakroppar och där ge upphov till en organisk värld.

A:s' arbeten över planeternas atmosfärer och över huvud deras utveckling, efter det en fast yta bildats, ha varit föremål för livlig uppmärksamhet. Genom undersökningsmaterial, hämtat från i olika stadier av uttorkning stadda delar av vår jord, har A. sökt skissera särskilt planeterna Venus' och Mars' fysiska beskaffenhet och deras kommande öden. I Venus ser han en bild av tillståndet på jorden i längst förgångna tider, Mars åter visar oss jordens framtid.

Ett särskilt kapitel i detta sammanhang utgör A:s' mycket omstridda teori om den atmosfäriska kolsyrans betydelse för klimatet. Som resultat av A:s' beräkningar framgår, att den »drivbänksverkan», som kolsyran i luften utövar, spelar en stor roll för de klimatiska förhållandena på vår jord, och att de variationer i kol syrehalten, som betingas av vulkanismens, vittringens och växtlivets olika livlighet under olika skeden, kunna tänkas tillräckliga för att förklara växlingarna mellan istider och varma perioder.

A:s' undersökningar inom den kosmiska fysiken falla i huvudsak på 1890-talets senare hälft och på de första åren av det nya seklet. År 1903 sammanfattar han i vetenskaplig form dessa sina forskningar i den stora läroboken i kosmisk fysik och 1906 resp. 1907 och 1915 populärt i »Världarnas utveckling», »Människan inför världsgåtan» och »Stjärnornas öden». Ett viktigt arbete på detta område från senare tid är hans studie över himlakropparnas fördelning och vintergatans byggnad.

Vid invigningen av danska statens seruminstitut 1902, alltså kort före publicerandet av »Lehrbuch der kosmischen physik», förvånade A. den vetenskapliga världen med en avhandling: »Physical chemistry applied to toxins and antitoxins», publicerad i den vid detta tillfälle utgivna festskriften. Detta i förening med doktor Madsen utförda arbete inleder ett nytt skede i A:s' vetenskapliga verksamhet. Från denna tid träder behandlingen av biokemiska och fysiologiska problem — till en början vid sidan av de kosmofysiska studierna — tydligt i förgrunden. I serumterapins och immunokemins historia skall året 1902 stå som ett märkesår. Man kan tvista om huruvida de Arrheniuska åskådningarna på detta område till alla delar skola bli bestående, men ingen kan förneka den utomordentliga betydelse, som A:s' ingripande haft för denna vetenskaps utveckling. Det är i tillämpandet av den moderna fysikaliska kemins metoder på studiet av de ifrågavarande fenomenen, som det stora framsteget består. A. har sålunda visat, att den kemiska dynamikens och statikens enkla lagar äga giltighet även för dessa såsom mycket komplicerade ansedda reaktioner mellan toxinerna och deras antikroppar. Vad än forskningen kommer att lära oss om dessa ämnens egentliga struktur, skall detta resultat alltid stå som en synnerligen betydelsefull kunskap. A:s' beräkningar ge vid handen, att toxinernas sönderdelning kan återges med samma formler, som gälla för vanliga kemiska reaktioner. Sålunda förstöres t. ex. tetanusgiftet och hemolysin vid temperaturhöjning monomolekylärt. Även heterogena reaktioner såsom de fysiologiskt så viktiga hemolytiska processerna följa den kemiska dynamikens lagar. Vid toxinernas neutralisation genom antitoxin inträda jämviktstillstånd liksom vid de ofullständiga kemiska reaktionerna, och konstanten Ikan beräknas enligt Guldberg-Waages formel. Detta gäller så väl för lysinerna som för hemagglutininerna och precipitinerna. Vad bakterieagglutininerna beträffar, så synas dessa fördela sig mellan bakteriernas cellinnehåll och den omgivande vätskan på samma sätt som vissa enklare kemiska föreningar mellan två lösningsmedel. För jämvikterna mellan tyfusbaciller resp. koleravibrioner och deras antikroppar finner man, att agglutininmolekylernas storlek är 1 ½ gång så stor i yttervätskan som i cellerna.

Även ett annat viktigt fysiologiskt problem har A. underkastat teoretisk behandling: matsmältningen och resorptionen. De två av honom publicerade avhandlingarna rörande denna fråga utreda sambandet mellan den intagna mängden föda och matsmältningstiden, resp. avsöndringen av mag- och pankreassaft samt galla. Han finner, att i allmänhet så väl matsmältningstiden som sekretionens storlek är proportionell mot kvadratroten ur födans mängd.

A. har offentliggjort ett tjugotal avhandlingar i biokemiska frågor, fördelade över åren 1902–13. De viktigaste resultaten av dessa undersökningar finnas sammanfattade i hans 1906 på tyska utgivna »Immunochemie».

Också på den rena fysikaliska kemin har A. varit verksam under senare år. Utom dissociationsfrågor och därmed sammanhängande problem är det den fria energin (kritik av Nernstska värmeteoremet) och adsorptionen, som varit föremål för hans uppmärksamhet. Det märkligaste av dessa arbeten innehålles tvivelsutan i avhandlingen: »Das hauptgesetz der adsorptions-erscheinungen». A:s' beundransvärda förmåga att ur dött siffermaterial utläsa lagbundenheter och finna det levande sambandet mellan till synes långt från varandra liggande företeelser firar här en ny triumf. Med hjälp av en adsorptionsformel, innehållande endast en villkorligt vald konstant, lyckas A. bättre återge det experimentella materialet till adsorption i vätskor och gaser, än vad man kunnat med den gamla formeln, innehållande två villkorliga konstanter. Den Arrheniuska adsorptionsformeln har också i motsats till de förut uppställda en rationell fysikalisk betydelse. Det viktigaste framsteget ligger i påvisandet, att denna nya formel gäller också för ett helt annat fenomen, nämligen vätskornas kompression. Överensstämmelsen mellan beräknade och experimentellt funna värden är så utomordentligt god, att man icke kan tveka om ett inre samband mellan de bägge företeelserna. Den gamla uppfattningen av adsorptionen som ett kapillärfenomen måste alltså uppges.

Närmast till följd av ett erbjudande om professur vid vetenskapsakademin i Berlin beslöt svenska vetenskapsakademin 1905 att upprätta ett Nobelinstitut för fysikalisk kemi och till föreståndare härför utse A. Till en början förde detta institut en mycket blygsam tillvaro i en våning på tre rum och kök fyra trappor upp Bergsgatan 18, Stockholm. Sedan efter A:s' anvisningar en särskild institutionsbyggnad uppförts vid Experimentalfältet, ha gynnsamma arbetsmöjligheter beretts honom själv och de talrika lärjungar, som från skilda länder infunnit sig för att idka forskning under hans ledning. I den av institutet utgivna skriftserien ha tills dato publicerats ett hundratal arbeten. Till A:s' 60-årsdag (1919) utkom såsom ett band av denna publikation en ståtlig festskrift, innehållande bidrag från lärjungar och kolleger i hela Norden.

Vid flera tillfällen har A. mottagit inbjudan att föreläsa vid främmande universitet. Hans »Theorien der chemie» och »Immunochemie» bilda en sammanfattning av de föreläsningar, han sommaren 1904 höll vid det kaliforniska universitetet i Berkeley, »Theory of solutions» de vid Yaleuniversitetet i New Haven 1911, och »Conférences sur quelques thèmes choisis de la chimie physique pure et appliquée» innehåller hans fem föredrag vid Sorbonne 1911. I dylika sammanfattande framställningar gör sig A:s' mångsidighet som forskare, hans fördomsfria sätt att betrakta företeelser och teorier och hans förmåga att skildra klart och koncist på ett glänsande sätt gällande.