戈尔德施密特(Victor Moritz Goldschmidt，1888—1947)，公认的现代地球化学的开拓者和奠基人。在他之前，尽管经过早期的化学家和岩石学家，例如，申拜恩(C. F. Schnbein)、毕素夫(C. G. Bischof)、贝齐利乌斯(J. J. Berzelius)、范特荷夫(J. H. van’t Hoff)、克拉克(F. W. Clarke)等历尽艰辛的不懈探索，地球化学仍处于零星事实材料的收集阶段。由于戈尔德施密特的开创性工作，地球化学成为一门真正的科学。他发现了元素在地球(广义上讲在宇宙)中的分布规律。他在元素的相对丰度、原子和离子半径、离子间距、半径比对晶体配位数的影响、矿物中离子的置换、镧系收缩等方面的成果，为晶体化学奠定了基础，因此被誉为晶体化学之父。他根据晶体化学理论合理地解释了地球化学问题。有关他的生平及贡献，国外学者多有研究。在他逝世不久，Bernal^[1]在“英国化学会志”发表纪念文章，详述其生平业绩；Farber^[2]的《大化学家传》和 Gillispie^[6]的《科学家传记大辞典》都收有他的略传；在他逝世50周年前夕，Kauffman^[4]和 Wedepohl^[5]等撰文缅怀他的功绩。然而，对这位著名化学家，我国学界鲜有人问津，国内的化学史著作或教科书极少涉及，相关论文报道寥寥无几。为了让化学界了解戈尔德施密特，也为化学史教学提供一点资料，本文根据有关文献，就其生平和成就作一介绍。

戈尔德施密特1888年1月27日生于瑞士苏黎世。他的祖上几代几乎都受过非常良好的高等教育，不少人担任拉比(Rabbi,在犹太教社团中，指受过正规宗教教育，熟悉《圣经》和口传律法而担任犹太教会众精神领袖或宗教导师的人)、教授、法官、律师或军官。其父Heinrich Jacob Goldschmidt是物理化学家，1881～1885年在苏黎世联邦理工大学任无薪讲师，1885～1893年任教授；母亲Amelie Goldschmidt是木材商的女儿。戈尔德施密特是他们的独子。维克多(Victor)之名，源自他父亲的同事、著名化学家Victor Meyer； Moritz是为纪念他的外祖父Moritz Koehne。 1893年，他的父亲举家移居阿姆斯特丹，与著名的物理化学家、后来的诺贝尔化学奖得主范特荷夫一起工作。1896年，全家到了海德堡，他父亲受聘担任海德堡大学副教授。1901年，迁到克里斯塔尼亚(Christiania，1925年改名奥斯陆)，老戈尔德施密特继任克里斯塔尼亚大学已故化学家瓦格(Peter Waage)的物理化学教授职位，瓦格因质量作用定律而闻名于世。小戈德施米特在阿姆斯特丹读完小学，后在海德堡的一所私立中学就读，最后在克里斯塔尼亚一所私立高级中学毕业。中学时，他因健康原因，被免除必修的体育课程，尽管外表看来他比较健壮，但实际身体不好，这使他显得有些孤僻不合群^[1-3]。

到克里斯塔尼亚后，戈尔德施密特很快学会了挪威语。1905年，挪威脱离瑞典独立，戈尔德施密特全家成为挪威公民。这年，他考入克里斯塔尼亚大学，在那里学习了无机化学、物理化学、地质学、矿物学、物理学、数学、动物学和植物学等课程。挪威是一个多山的国家，挪威科学家在矿物学方面做出了许多重要贡献，在高中的时候，戈尔德施密特就对这门学科表现出浓厚的兴趣。1904年暑假，他在古德布兰兹达伦(Gudbrandsdalen)的山上，发现一种细粒石英晶体，它具有强烈的热发光能力。为了解释这种不寻常的现象以及与摩擦发光和磷光之间的关系，他对这种石英晶体进行了广泛的研究。他受到父亲的同事和朋友、挪威著名的岩石学家和矿物学布吕格(W. C. Brgger)的热情指点和鼓励。1906年9月，布吕格将戈尔德施密特的论文“关于石英的热发光”，提交给克里斯塔尼亚科学院，这位18岁青年的第一篇论文当年在科学院的学报上发表。戈尔德施密特和布吕格保持终生的亲密友谊。1906年夏，戈尔德施密特到幕尼黑大学跟随迈尔(G.Meyer)从事放射性研究，与他的犹太同学赫维斯(G. Hevesy)相识，并结下深厚的友情。赫维斯后来成为匈牙利著名的放射化学家，铪的发现者之一，1943年因创立同位素示踪技术获诺贝尔化学奖。

1907年春，戈尔德施密特开始他的第一项重要研究工作：克里斯塔尼亚地区的接触变质作用，这也是他博士论文的课题。为了拓展矿物学和地质学知识，他到挪威地质勘测研究所当助手，从事一个夏季和秋季学期的野外绘图 工作。1908年冬，又到维也纳跟随矿物学家和岩石学家贝克(F. Becke)学习光性矿物学技术。1909年12月，戈尔德施密特获得矿物学和岩石学奖学金。1911年获博士学位，同年出版了博士论文“论克里斯塔尼亚地区的接触变质作用”，后来成为地质学的经典文献。在这篇论文中，他根据在挪威南部收集的标本，探索了在接触变质岩石中决定矿物结合的因素。他用物理化学理论解决地质学问题，并将物理化学基本原理作为岩石变质作用研究的理论基础。他把整个地球看成一个单独的物理化学体系，于是，将他的矿物相律、能斯特热定理、古德贝格和瓦格的质量作用定律用于复杂的岩石体系。他解释了火成岩尤其是伟晶岩中，经过接触变质作用所产生的矿物变化。稀有元素倾向于富集在伟晶岩中，由此，他对稀有元素矿物的兴趣伴随着他的整个研究生涯。他意识到，奇妙的置换定律和类质同像定律仿佛控制着矿物的组成，但它们全然不同于普通的化学定律。第一次世界大战后，X射线结晶学引起了他的注意，这种新的研究工具使他能够发现更普遍的规律^{[4, 5]}。

1911年冬，他到慕尼黑大学与结晶学权威格罗特(Paul von Groth)一起工作。1912～1914年，他任克里斯塔尼亚大学讲师。1914年3月，当选挪威文学与科学院院士，是获此殊荣的最年轻的科学家。因为太年轻，有不少反对的声音，布吕格这样回答道：“我可以毫不犹豫地说，戈尔德施密特是当今挪威最杰出的矿物学家，我本人望尘莫及。”1914年9月，戈尔德施密特被克里斯塔尼亚大学聘为教授，并兼任矿物学研究所所长，这年他26岁。

第一次世界大战期间，德国潜艇切断了挪威进口必需品的海上通道，早先依靠进口的某些原材料成为稀缺之货，只得在本国寻找替代材料。1917年，挪威政府组建国家矿物原料委员会，指令该委员会对国家的矿物资源进行详细调研。戈尔德施密特被聘为原料委员会主席，兼任设在奥斯陆郊外的国家原料实验室的主任。此时，他不得不把工作重点由野外实地调研转向实验室研究，这不仅因为他担任原料实验室主任的职务，主要因为他原本虚弱的健康状况更是每况愈下。他在挪威寻找以前依靠进口的矿物原料的来源，并进入以挪威的粘土和长石代替进口的铝土矿炼铝的研究领域，开拓了对挪威南部碳酸岩的研究，还探索从云母提取钾的方法。对粘土矿物的研究，进而促使他探讨那些具有重要经济价值的矿物原料的化学性质。这方面的研究，促进了晶体化学的诞生。

1913年，莫斯莱(H. G. J. Moseley)发现元素的X射线谱和原子序数之间的简单关系后，科学家们开始搜寻周期表中空出的7种“失踪”元素，即43、61、72、75、85、87和91号元素。早在1911年，法国化学家於尔班(G. Urbain)报告在稀土矿物残渣的弧光谱中发现了72号元素，并取名“Celtium”。但是，丹麦物理学家玻尔(N. Bohr)声称，它不可能是72号元素。玻尔认为，根据他的原子结构理论，稀土元素自56号起至71号止，原子构造随原子序数增加，核外电子只排布在N层的4f亚层上，而更外层的电子数不变，至71号元素，N层电子达到全充满，而72号元素新增的电子应配置在O层的5d亚层上，成了价电子。这样72号元素是+4价，而稀土元素则以+3价为特征。因此，确定71号是稀土元素系列的最后一个元素，72号不属于稀土元素，而是与锆同族的元素。玻尔劝戈尔德施米特的朋友赫维斯在锆矿中搜寻72号元素^[6]。

1921年，戈尔德施密特的朋友、瑞典地质学家和矿物学家哈德丁(A. R. Hadding)设计出一种专门用于矿物分析的X射线光谱仪，它无需像经典化学分析那样将元素分离。1922年3月，戈尔德施密特的重要研究伙伴汤姆森(Lars Thomassen)，根据哈德丁的设计，建造了一台X射线光谱仪。他们用这台仪器，根据莫斯莱法测定原子序数，搜寻“失踪”的72号新元素。他们获得了成功，报道在水锆石和铍锆石中存在这种元素。几乎同时，赫维斯和在哥本哈根玻尔理论物理研究所工作的荷兰物理学家考斯特(Dirk Coster)，在1923年1月20日出版的英国“自然”杂志发表一篇短文，报告在锆石中发现了72号元素，根据哥本哈根的拉丁名，他们命名为铪(Hafnium),这篇短文注明日期为1923年1月2日。遗憾的是，戈尔德施密特和汤姆森的论文发表在“挪威地质学学报”1923年第1期，论文注明日期1923年1月31日。赫维斯和考斯特被公认为享有发现72号元素的荣誉。

只相差29天，便失去72号元素发现的荣誉，遭此打击，戈尔德施密特深感沮丧。随后几年，他专心致力于搜索尚未知的61号元素，到1930年代，他正确地判断出，自然界中不存在这种元素。1923年，赫维斯在德国化学会的年会上所作的特邀演讲中，没有提及戈尔德施密特曾赠送含铪铍锆石样品的事情。戈尔德施密特得知后，立即断绝与赫维斯的朋友关系。赫维斯在随后出版的论文中对戈尔德施密特致谢，戈尔德施密特又恢复了他们的友谊。但对优先权的过度敏感，伴随他的一生。

戈尔德施密特利用劳厄(M. von Laue)和布拉格父子(W. H. Bragg,W. L. Bragg)创立的X射线衍射法，对晶体学进行广泛的研究。他和他的合作者，花了两年的时间，测定了75种元素的200多种化合物的晶体结构，这些成果为他提出元素的地球化学分布规律奠定了坚实的基础。他的合作者，有许多后来成为地球化学和晶体学的权威。他用各种物理和化学分析方法，积累了大量的数据。他不仅改进已有的分析方法，还创立新的分析方法，如碳弧光光学摄谱法。

在搜索72号元素的同时，戈尔德施密特和汤姆森用X射线光谱仪，测定稀土元素的相对丰度和分布，为此他引入“镧系元素”的专门术语。哈金斯(Harkins)规则认为，奇原子序数元素丰度很低。根据这些结果，他们进一步完善了哈金斯规则，指出：“奇原子序数元素的丰度，低于相邻偶原子序数元素的丰度。”戈尔德施密特对化合价相同、离子半径相近的元素(特别是稀土元素)的化学和地球化学属性，进行深入的研究。他最先认识到“镧系收缩”现象，并首创这一术语。1925年，他和巴特(Thomas Barth)等人一起，用X射线衍射法测定了立方体镧系元素氧化物的晶胞大小，但没有能够测定离子的大小。芬兰化学家瓦萨斯雅那(J.A.Wasastjerna)根据氟化物和氧化物分子的折射数据，测定出F^-和O^2-的半径分别为1.33和1.32，为戈尔德施密特彻底变革晶体化学提供了突破口。戈尔德施密特以F^-和O^2-的半径为起点，从各种离子晶体的接触距离的数据中推算出80多种的离子半径。1926年5月，戈尔德施密特发表了第一张离子半径表。次年，美国化学家鲍林(L.Pauling)根据完全不同的方法即量子力学方法，得出另一套离子半径数据。戈德施米特的离子半径值，与鲍林的数值非常接近。戈尔德施密特指出：“我们的结果，将结晶学和建立在新原理基础上的技术结合在一起；晶体化学提供了一系列重要的地球化学结合规律，并能预测元素的地球化学分布。尤其是，新晶体化学为化学家和冶金学家提供理论基础和技术，从而弥补了以前经验方法之不足。”虽然在某些情况下，戈尔德施密特的离子半径值与目前公认的数值，存在不小的差异，但它为晶体化学奠定了基础。他还将离子半径引入无机化学，根据离子大小关系解释物质的性质。

他提出了离子大小与原子结构关系的规则，这些规则在今天几乎所有的无机化学和普通化学教科书都有描述。他指出，对周期表中的同族元素，离子半径随原子序数增大而增大；对具有相同电子结构的阳离子，离子半径随电荷数增大而变小；若某元素存在几种价态，即形成不同电荷的离子，离子所带正电荷越多，半径值越小。

1893年，瑞士化学家维尔纳(A. Werner)提出配位理论解释络合物的结构。戈尔德施密特将配位理论用来解释晶体的结构。除了编制出第一张原子和离子半径表，他还认识到阳离子和阴离子的半径比(r₊/r_-)对晶体配位数和晶体结构的影响。离子半径比，是晶体化学中最富有成效的概念。他假定离子是具有确定半径的刚性球体，从几何上推算出对于特定半径比的阴阳离子的稳定排布^[7]。德国化学家法扬斯(K. Fajans)提出离子的极化和变形的概念后，戈尔德施密特第一个区分出阴离子的可极化性和阳离子的极化能力的相对重要性，指出阳离子的极化力与电荷成正比，与离子半径成反比。

戈尔德施密特还编制了第一张金属原子半径表，在金属和合金方面做出了重要成果，被物理学家和X射线晶体学家贝尔纳看成是现代合金化学的奠基人之一。他还解释了让人疑惑不解的类质同像和同质多晶现象，并极大地扩展了这些概念的使用范围。他能够预测那些大小相同和离子半径极为接近而电荷不同的元素的结晶顺序，因此他可以推测在哪些矿物中或许能找到某种元素。他简单明了地解决了矿物中一种元素置换另一元素的问题，这个问题多年来一直困扰着矿物学家。他指出在置换过程中主要遵循离子大小相近和阴阳离子保持电中性的原则，从而解释了一些矿物复杂的分子式，如电气石[H₉Al₃(BOH)₂Si₄O₁₉]和云母[H₂KAl₃(SiO₄)₃]。

他发现，在火成岩和变质岩的晶相中，决定原子或离子进入晶格和稀有元素分布的主要因素是原子或离子的大小，而不是原子量；溶液的分步结晶过程中，太大或太小的原子或离子，不能被“捕获”在晶格中，它们集中于固相。由此，他发现了晶体结构和化学组成之间的基本关系：“晶体的结构，取决于其最小粒子(原子或有关的离子、原子团)的数量关系、相对大小与极化性能。晶体的结构和其他重要性质(如硬度、溶解度、熔点)都能够根据原子的性质来预测。”此关系现在常被称之为戈尔德施密特定律，它在地球化学研究的过程中，奠定了现代晶体化学的基础。而且，这些关系并不局限于晶相，还可用于解释固化玻璃的性质。

戈尔德施密特用离子半径数据解释地壳(岩石圈)的组成。地壳中元素含量最多的是氧，其次是硅和铝等8种元素。他认为，从本质上讲，地壳是氧离子与硅和普通金属离子结合而成的包裹体。他指出，岩石圈被称为“氧圈”或许更恰当。

戈尔德施密特研究的其他问题，包括诸如在地质进化过程中元素在气相和共存液相中的分配；元素在熔融铁、硫化铁、熔融硅酸盐等相中的结晶顺序以及这些相的化学成分等。他根据化学组成，提出地球分圈的假说，认为从地心依次为：由气态物质凝聚而成的铁镍核心，中间为硫化物氧化物圈，然后是硅酸盐层，最后是大气圈，此说至今为许多学者所认同。他把元素的地球化学性质分为亲铁、亲铜、亲石和亲气4类。在地核里富集某些铁族元素和其他过渡元素，它们在其他较高壳层中的丰度非常低，这些元素构成了亲铁元素。亲铜元素一方面包括性质与硫相似的元素(如Se、As、Te),另一方面包括对硫具强亲和力的元素(如Ag、Hg、Cu、Pb、Zn)。亲石元素包括富集在地壳里的元素，其中Al、Si、O构成硅酸盐的基础，Na、Ca、Te则进入硅酸盐的结构中。亲气元素，通常以气体存在，包括如H和N的某些元素，以及“储存在大气中”的稀有气体。在元素周期表中，亲石元素占据左边和右边，亲铁和亲铜元素分布在中间，亲气元素在最右边。尽管后来的地球化学家提出了各种分类，但都还保持着戈尔德施密特分类的主要特点^[4]。

戈尔德施密特的地球化学和晶体化学定律，发表在 “元素的地球化学分布规律”系列丛书中，该书自1923年开始，到1937年共出了9卷。头8卷，包括他在克里斯塔尼亚大学的研究成果。第7卷包含了著名的晶体化学定律；第8卷专门论述晶体结构和性质的关系，例如，晶体硬度和原子间距、化合价以及结构类型之间的关系。最后一卷，即第9卷，他称为“第九交响曲”，评述了他在哥廷根大学获得的关于元素丰度的资料，论述了元素在宇宙和地球上的分布、矿物中同位素的组成，提出了地壳主要元素的丰度表，首次绘制出太阳系的元素丰度曲线，指出陨石组分对地球化学研究的重要意义，从而把地球化学研究引向宇宙空间。他编制的元素的宇宙丰度表，为后来的原子结构学说和元素起源学说，奠定了基础。在这一卷中，他推测超铀元素存在的可能性。他预言，超铀元素是与镧系元素类似的一个系列的元素，他称之为“钍系元素”(thorides)，西博格(G.T.Seaborg)后来称为“锕系元素”。他甚至认为，类似于镧系收缩，它们的离子半径会随原子序数增加而减小，并且估算出四价离子的半径。镎(93号)和钚(94号)发现后，戈尔德施密特专注于证实他的预言。

由于声望不断高涨，1920年代，欧洲不少著名大学欲聘他担任教授职务。1924年，慕尼黑大学矿物学教授格罗特退休，提议戈尔德施密特为继任者，但遭校方拒绝，理由是“不想聘一个可能有犹太血统的学者”。1915年诺贝尔化学奖得主、犹太人威尔斯泰德(R.M.Willsttter)闻讯，愤而辞去慕尼黑大学教授职务以示抗议。1925年，柏林理工大学以优厚的待遇聘他任教授，但由于布吕格等人的劝说，戈尔德施密特谢绝了柏林的聘请。1929年，他任哥廷根大学教授和新成立的矿物学研究所所长。

在哥廷根，戈尔德施密特继续他在晶体化学和地球化学方面的研究工作，创建了新的分析方法，例如，检测低浓度元素的阴极层技术。他从地表的地球化学循环的角度，思考元素分布和元素丰度的更宽广的含义，把地球化学循环看成类似于经典化学分析中的元素分离过程。他对锗、铼、镓、硅、铝、钪、硼、铍、硒、砷、铬、钼，镍、稀土元素、贵金属和碱金属的地球化学进行了广泛的研究。

与在奥斯陆，戈尔德施密特与许多同事关系不和，总是争执不休，他显得比较孤立的情况不同，在哥廷根这几年，或许是他一生中最舒畅的日子，他悉心指点和呵护学生，他同时受到学生、同事和络绎不绝的来访者的尊崇，并从他们那里获得灵感和激励。。然而，随着1933年纳粹上台后，形势发生剧变，温馨和谐的研究环境已不复存在。以前他对任何宗教团体都不感兴趣，但这时，他和他的父亲公开加入哥廷根的犹太社团。他仍然埋头从事他的研究工作，但他看到研究所附近“犹太佬滚蛋”的标语后，1935年8月11日，愤而递交了辞呈。很快，希特勒和戈林签发了对他的解聘令。

1935年9月6日，戈尔德施密特和他父亲逃离哥廷根，几乎一文不名地回到奥斯陆。他重返挪威原料实验室，恢复一战期间的研究工作。例如，他提出用挪威橄榄石制备耐火材料的技术，获得了可观的专利使用费；还开展用磷灰石生产农用化肥的实验研究。他撰写了“元素的地球化学分布规律”的第10卷“陨石中元素的分布”，1940年4月，呈送给科学院，但从未发表。后来又完成第11卷的写作，同样没有发表。

1940年4月德国人占领挪威后，戈尔德施密特总是随身带上氰化物胶囊，以备危急时刻自杀之用。一次，奥斯陆大学的一位同事向他要一粒胶囊，戈尔德施密特以他惯有的幽默答道：“这种毒物只给化学教授，你是力学教授，应该用绳索自杀。”他以前的助手伦德(G. Lunde)加入维德孔·吉斯林(Vidkun Quisling)的“挪威国家统一党”，1940年4月被吉斯林的卖国政府任命为宣传部长，戈德施米特当即与之断绝关系。纳粹掌控的教育部查问政府雇员的种族背景时，尽管他清楚知道，如果某人的祖父母或外祖父母中一位是犹太人，此人就会被当成犹太人，便会遭受放逐，但他仍自豪地宣称自己的祖父母和外祖父母都是纯种犹太人。1942年10月，他和挪威的许多犹太人一样，被德国党卫军逮捕，财产被全部没收，关押在奥斯陆郊外的集中营。1942年11月，他被列入放逐到波兰集中营的名单中，但由于他身体实在太糟，患有心功能不全、慢性肾炎和其他疾病，他被临时释放。在挪威抵抗组织的帮助下，1942年12月18日，他偷渡到了中立国瑞典，并被乌普萨拉大学聘为矿物学教授。1943年3月初，他到了英国，到苏格兰阿伯丁土壤研究所工作，受英国农业委员会的赞助，他将他的地球化学基本理论用于土壤科学的研究中。1944年，又到英格兰的洛桑(Rothamsted)实验站。他被同事亲切地称为“Goldie”，他致力于土壤中微量元素分布的研究。他还花了很大的精力，研究用地球化学方法预防翻砂工人的硅肺病和皮肤癌等问题。1944年12月14日，严重的心脏病发作使他在医院住了几周，随后，在英格兰的一家疗养院休养了一年半的时间。

1945年5月挪威解放后，他谢绝英国政府的挽留和哥廷根大学提供的优厚待遇，决定重返奥斯陆大学。1946年6月26日，回到奥斯陆，但被立即送到医院住院3周。他担任奥斯陆大学地质博物馆馆长和挪威原料实验室主任的职务。他最大的愿望，是完成总结他一生工作的巨著“地球化学”，但在对他的小腿做过一次小手术后，他突发脑溢血，于1947年3月20日与世长逝，享年59岁。他的遗著，最终由洛桑实验站的缪耳(A. Muir)和原料实验室的柯瓦海姆(A. Kvalheim)共同完成。这部著作，反映了戈尔德施米特多方面的才能，汇集了极为丰富的科学资料。按戈尔德施密特的遗愿，该书的版税，一部分捐赠原料实验室，一部分归缪耳享有。1959年,这部著作被译成中文出版。

戈尔德施密特终生未娶。1927年，戈尔德施密特的母亲中风，玛莉(Marie Brendingen )来到他家里，作为厨师兼管家一直照料着戈尔德施密特的生活直到1947年去世。1937年，他父亲突然离世，戈尔德施密特受到巨大的打击，从此精神一厥不振，变得愈来愈孤独、内向和悲观，健康状况逐渐恶化。他临终将大部分遗产赠给了这位女管家。

虽然戈尔德施密特整个一生都挚爱和悉心提携他的学生和同事，但他对科学荣誉和优先权过分看重，使他陷入孤立，给他带来很多不快。尤其与奥斯陆大学的同事、从前的学生巴特长期不和，反过来影响了他和其他教职工的关系。他猜疑心很重，把博物馆办公室的所有柜子都上锁，因为担心他的研究资料会被人偷走。

戈尔德施密特在著名科学家中树“敌”不少。他不是很圆滑的人，可能会发表轻率的评论，诋毁某位同行。他不懂人情世故，对新结识的人，多不太信任。他作为犹太人受到无端迫害的经历，使他对陌生人怀有戒心，偶尔容易攻击他人。然而，更多的情况，他富有同情心，对人表现出非常真诚的友善。在极少的场合，他会大发雷霆，但事后总是诚恳道歉。

他被许多外国科学院选为外籍院士；1912年，被挪威科学院授予南森奖；1932年弗莱堡大学、1936年乌支勒大学、1944年阿伯丁大学授予他荣誉博士学位；1944年，伦敦地质学会授予他最高荣誉即沃拉斯顿奖章；10次被提名为诺贝尔化学奖候选人，但未能中选。