再現(xiàn)知識(shí)產(chǎn)生過(guò)程：培養(yǎng)學(xué)生探究與質(zhì)疑的科學(xué)精神
——以電解質(zhì)溶液為例

秦向陽(yáng)，張鵬飛，李 晨，張 星*

（1.空軍軍醫(yī)大學(xué)藥學(xué)系化學(xué)制藥學(xué)教研室，西安 710032；2 空軍軍醫(yī)大學(xué)航空航天醫(yī)學(xué)系，西安 710032）

化學(xué)為醫(yī)學(xué)和生命科學(xué)的發(fā)展作出了突出貢獻(xiàn)[1-2]，是醫(yī)學(xué)院校不可或缺的一門(mén)重要基礎(chǔ)課程。基礎(chǔ)化學(xué)中的溶液部分知識(shí)對(duì)于理解體液如何保持人體的正常生理功能具有重要作用。人體中的各種體液如血漿、胃液、淚水和尿液等都含有許多的電解質(zhì)，如Na+、K+、Cl-，等，這些離子的存在狀態(tài)與含量，與體液的滲透平衡和酸堿度密切相關(guān)，對(duì)于保持人體的正常生理功能具有非常重要的作用。因此，掌握電解質(zhì)溶液的基本理論、基本特性和變化規(guī)律對(duì)醫(yī)學(xué)生來(lái)說(shuō)就顯得特別重要。但本章涉及到的化學(xué)史實(shí)較多，教材的編寫(xiě)邏輯與電解質(zhì)溶液理論的發(fā)展過(guò)程存在差異，容易造成理解的困難。例如人衛(wèi)出版社《基礎(chǔ)化學(xué)》第九版，高教出版社《無(wú)機(jī)化學(xué)》第二版和科學(xué)出版社《基礎(chǔ)化學(xué)》第三版對(duì)于強(qiáng)電解質(zhì)溶液的闡述均是先講德拜（P.Debye，1884—1966年）和其助手德國(guó)物理化學(xué)家休克爾（E.Huckel 1896—1980 年）于1923 年提出電解質(zhì)的離子互吸理論，然后再講為了解釋強(qiáng)電解質(zhì)溶液中離子之間的相互作用，1907 年路易斯（G.N.Lewis，1875—1946 年）提出了活度的概念。這樣的邏輯安排與人們認(rèn)知事物的一般規(guī)律不相符，所以每每在教授這一知識(shí)點(diǎn)時(shí)，總是會(huì)引起學(xué)生的質(zhì)疑：為什么1907 年就提出了活度的概念呢？不是應(yīng)該在1923 年之后嗎？活度與離子互吸理論之間的邏輯關(guān)系究竟應(yīng)該是怎樣的呢？本章的酸堿理論與強(qiáng)電解質(zhì)溶液理論兩個(gè)知識(shí)點(diǎn)之間似乎是相互獨(dú)立的，它們之間有內(nèi)在的邏輯關(guān)系嗎？等等。這些問(wèn)題不但是學(xué)生容易產(chǎn)生疑惑的地方，而且也是教師應(yīng)該思考和研究的真實(shí)教學(xué)問(wèn)題。

前蘇聯(lián)著名教育實(shí)踐家和教育理論家蘇霍姆林斯基說(shuō)：“在人的心靈深處有一種根深蒂固的需要，這就是希望感到自己是一個(gè)發(fā)現(xiàn)者、研究者、探索者。[3]”因此，教師如能引導(dǎo)學(xué)生再現(xiàn)教材知識(shí)中那些激動(dòng)人心的發(fā)現(xiàn)、概括、抽象的創(chuàng)造過(guò)程，必然能激起學(xué)生的探究欲望，展現(xiàn)他們的創(chuàng)造才能，有效地培養(yǎng)其探究與質(zhì)疑的科學(xué)思維品質(zhì)。為此我們對(duì)電解質(zhì)溶液一章的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了如下的設(shè)計(jì)。

一 阿累尼烏斯的電離學(xué)說(shuō)

對(duì)于任何事物的掌握與了解首先要在大腦中建立該事物的具體概念，對(duì)于電解質(zhì)而言也不例外。因此在教學(xué)設(shè)計(jì)中應(yīng)該首先向?qū)W生講解清楚今天我們常常所說(shuō)的電解質(zhì)究竟是如何定義的。英國(guó)物理化學(xué)家法拉第（M.Faraday，1791—1867 年）在定量電解實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上于1834 年發(fā)表了《關(guān)于電的實(shí)驗(yàn)研究》論文[4]，法拉第在該論文中明確提出：只有當(dāng)電流通過(guò)電解質(zhì)溶液時(shí)，溶液中的電解質(zhì)才發(fā)生解離；電解前未分解的物質(zhì)叫做電解質(zhì)。這就是關(guān)于電解質(zhì)的首次明確定義，顯然在這里，電解質(zhì)的概念和“電”是緊密聯(lián)系在一起的。法拉第認(rèn)為通電后才能產(chǎn)生離子的觀點(diǎn)得到了當(dāng)時(shí)化學(xué)界的普遍認(rèn)同。但是普遍認(rèn)同的觀點(diǎn)就一定是正確的嗎？

1882 年，法國(guó)物理學(xué)家拉烏爾（F.M.Raoult，1830—1901 年）發(fā)表了其有關(guān)溶液凝固點(diǎn)降低的研究報(bào)告。其發(fā)現(xiàn)在100 g 水中溶解Wg 的分子量為M 的有機(jī)化合物，測(cè)得溶液的凝固點(diǎn)降低值ΔT 具有如下的關(guān)系

對(duì)于絕大多數(shù)的有機(jī)化合物來(lái)說(shuō)，K＝18.5，該公式表示凝固點(diǎn)降低值和有機(jī)物的克分子濃度（相當(dāng)于物質(zhì)的量濃度）成反比。但對(duì)于強(qiáng)酸與強(qiáng)堿化合生成的鹽，其水溶液的K≈37，約是有機(jī)化合物水溶液的兩倍[5]。基于這樣的實(shí)驗(yàn)事實(shí)，拉烏爾猜想電解質(zhì)溶液中存在某種電離，即構(gòu)成鹽的組分“正電基”和“負(fù)電基”（也就是今天所說(shuō)的正離子和負(fù)離子）是簡(jiǎn)單地混合在溶液中的[6]。盡管當(dāng)時(shí)以拉烏爾為代表的一些著名的化學(xué)家如英國(guó)化學(xué)家威廉遜（A.W.Williamson，1824—1904年）、德國(guó)物理學(xué)家克勞修斯（R.J.E.Clausius，1822—1888年）、德國(guó)化學(xué)家希托夫（J.W.Hittorf，1824—1914年）和法國(guó)化學(xué)家法夫爾（P.A.Favre，1813—1880年）等已經(jīng)意識(shí)到電解質(zhì)在溶液中的電離，但是缺乏足夠的證據(jù)和系統(tǒng)的表述。

在1882—1883 年，正在攻讀博士學(xué)位的瑞典化學(xué)家阿倫尼烏斯（S.Arrhenius，1859—1927 年）在艾德蘭德（E.Edlund，1819—1888 年）指導(dǎo)下研究溶液的電導(dǎo)率及其依數(shù)性[7]，年青的阿累尼烏斯注意到相同克分子濃度的電解質(zhì)溶液比不導(dǎo)電的有機(jī)物溶液具有更高的沸點(diǎn)升高值、滲透壓值和凝固點(diǎn)降低值。而且導(dǎo)電能力與其偏離拉烏爾定律密切相關(guān)。1884 年，阿累尼烏斯在其關(guān)于電解質(zhì)化學(xué)理論的博士論文《電解質(zhì)的導(dǎo)電性研究》中明確提出了電離學(xué)說(shuō)的初步理論：電解質(zhì)的分子在溶液中的“離解”并不是因?yàn)橥穗姾蟛拍馨l(fā)生。阿累尼烏斯的這一學(xué)說(shuō)與當(dāng)時(shí)化學(xué)界所認(rèn)同的“只有當(dāng)電流通過(guò)電解質(zhì)溶液時(shí)，溶液中的電解質(zhì)才發(fā)生解離”截然不同，遭到當(dāng)時(shí)化學(xué)界權(quán)威的普遍反對(duì)。他的導(dǎo)師克利夫（P.T.Cleve，1840—1905 年）認(rèn)為這是一個(gè)荒謬的結(jié)論。俄國(guó)化學(xué)家門(mén)捷列夫（D.I.Mendeleev，1834—1907）認(rèn)為電離學(xué)說(shuō)會(huì)像已證明是錯(cuò)誤的燃素說(shuō)的下場(chǎng)一樣。因此，年青的阿累尼烏斯必須找到新的證據(jù)來(lái)證明“電離理論”的正確性。

阿累尼烏斯博士畢業(yè)后留校任教，后來(lái)到阿姆斯特丹的范特霍夫（J.VantHoff，1852—1911 年）實(shí)驗(yàn)室工作了一段時(shí)間。范特霍夫在德國(guó)植物學(xué)家浦非弗（W.Pfeffer，1854—1920 年）關(guān)于溶液滲透壓研究的基礎(chǔ)上推導(dǎo)出了溶液的滲透壓公式，即

該公式表示的意思是在稀溶液中，溶質(zhì)所產(chǎn)生的滲透壓P 等于溶質(zhì)在同一絕對(duì)溫度T 下化為理想氣體并占有溶劑體積V 時(shí)所施出的氣壓，范特霍夫認(rèn)為氣體產(chǎn)生氣壓和溶液產(chǎn)生滲透壓應(yīng)有相同機(jī)理，不只是相似而已。但是該公式只能適用于有機(jī)物的溶液，如蔗糖溶液。拉烏爾的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)酸、堿和鹽溶液的凝固點(diǎn)降低和蒸氣壓降低值比同克分子濃度的有機(jī)物溶液高。范特霍夫也注意到這些現(xiàn)象，因此，他把酸、堿、鹽溶液的滲透壓公式校正為

范特霍夫?qū)⑦@一研究結(jié)果于1887 年發(fā)表在奧斯特瓦爾德的《物理化學(xué)雜志》，盡管此時(shí)的范特霍夫并不明白為什么會(huì)有這些現(xiàn)象。但是這些結(jié)果給阿累尼烏斯很大的啟示，猶如“眾里尋他千百度，驀然回首，那人卻在燈火闌珊處”的感覺(jué)。其敏銳地意識(shí)到凡是不遵守范特霍夫?qū)С龅哪厅c(diǎn)降低和滲透壓公式的溶液都是能夠?qū)щ姷娜芤海ㄋ帷A和鹽溶液），這兩個(gè)公式在右邊都要乘上i（i＞1），才能符合實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。其原因在于分子在溶液中的離解使溶液內(nèi)溶質(zhì)粒子數(shù)增加。這正是電解質(zhì)在溶液中分解為離子的最有力的證據(jù)。而且阿累尼烏斯通過(guò)電導(dǎo)率數(shù)據(jù)計(jì)算得到的i 值和凝固點(diǎn)降低實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的i 值近似相符。阿累尼烏斯于1887 年將這個(gè)理論和實(shí)驗(yàn)研究成果以《關(guān)于溶質(zhì)在水中的離解》為題也發(fā)表在《物理化學(xué)雜志》，與范特霍夫的論文在同一期。在該論文中阿累尼烏斯對(duì)電離理論進(jìn)行了更完整、更明確的闡述：“鹽溶入水中自發(fā)地大量離解為正、負(fù)離子。把同量的鹽溶在不同體積的水中，溶液越稀則電離度越高，溶質(zhì)分子當(dāng)量電導(dǎo)μ 也就越大，到無(wú)限稀釋時(shí)，溶質(zhì)分子完全解離為離子，因而溶液的當(dāng)量電導(dǎo)μ∞達(dá)到最大值?！彼薛?μ∞稱(chēng)為“活度系數(shù)”（解離度），以α 作為符號(hào)。阿累尼烏斯也給出了酸、堿的定義：在水中電離出的陽(yáng)離子全部為H+的物質(zhì)是酸，電離出的陰離子全部為OH-的物質(zhì)是堿[7]。阿累尼烏斯的酸堿理論是人們對(duì)酸堿認(rèn)識(shí)由現(xiàn)象到本質(zhì)的一次飛躍。阿累尼烏斯的電離理論把人們對(duì)電解質(zhì)溶液的認(rèn)識(shí)向前推進(jìn)了一步，是溶液理論的重大發(fā)展。阿累尼烏斯也因?yàn)殡婋x理論的提出而獲得了1903 年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。曾經(jīng)反對(duì)他的博士導(dǎo)師克利夫在慶祝阿累尼烏斯獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的宴會(huì)演說(shuō)中說(shuō)：“阿累尼烏斯的新理論也曾遭到不幸，無(wú)人知道把它們置于何地。化學(xué)家不認(rèn)為這些新理論屬于化學(xué)，物理學(xué)家也不認(rèn)為這些新理論屬于物理。事實(shí)上，它們是連接物理學(xué)和化學(xué)學(xué)科之間的一座橋梁。[8]”

二 奧斯特瓦爾德稀釋定律

阿累尼烏斯的電離理論得到范特霍夫和德國(guó)物理化學(xué)家?jiàn)W斯特瓦爾德（F.W.Ostwald，1853—1932 年）的大力支持，尤其是奧斯特瓦爾德。1888 年，奧斯特瓦爾德把質(zhì)量作用定律用在有機(jī)酸溶液中的離子和分子平衡上，以測(cè)出的當(dāng)量電導(dǎo)比μ/μ∞為α，推導(dǎo)出“稀釋定律”的數(shù)學(xué)公式[6]

式中：α 為電解質(zhì)的離解度，μV為稀釋至體積V 時(shí)的電導(dǎo)率，μ∞為無(wú)限稀釋時(shí)的電導(dǎo)率。奧斯特瓦爾德將每種有機(jī)酸在不同濃度下的μ 值代入上式得到的K 為常數(shù)。因此，K 與濃度無(wú)關(guān)，僅僅表示解離能力的大小，K 值越大，表示離子的濃度越大，離解的物質(zhì)就越多。根據(jù)阿累尼烏斯的電離理論，隨著溶液的稀釋離解度α 也隨之增大，而濃度增大α 也隨之減小。奧斯特瓦爾德的稀釋定律證實(shí)了阿累尼烏斯的電離學(xué)說(shuō)，因而也使電離學(xué)說(shuō)得到了廣泛推廣。但是對(duì)于強(qiáng)電解質(zhì)（強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和鹽）該公式卻表現(xiàn)出異?，F(xiàn)象：隨著電解質(zhì)濃度的增大，稀釋公式計(jì)算出的解離常數(shù)也增大。阿累尼烏斯本人對(duì)于這種反常的現(xiàn)象也未能作出合理的解釋?zhuān)@被認(rèn)為是電離理論的重大缺陷之一。奧斯特瓦爾德的助手瓦爾特·能斯特（W.Nernst，1864—1941 年）對(duì)這一現(xiàn)象的解釋是“由于μV和μ∞的差別不大所計(jì)算出的值很不準(zhǔn)確?！庇捎谏胁恢赖脑?，電導(dǎo)率不是度量電離度的十分準(zhǔn)確的尺度。除此以外，電離理論存在的不足還包括：①電解質(zhì)的中性分子在解離時(shí)變成的微粒為什么會(huì)帶電？②電離產(chǎn)生的正負(fù)離子在溶液中為什么能夠同時(shí)穩(wěn)定存在？阿累尼烏斯也沒(méi)有對(duì)這些問(wèn)題做出回答。這就迫使科學(xué)家們努力尋求這些問(wèn)題的答案。

盡管電離學(xué)說(shuō)認(rèn)為鹽溶入水中就自發(fā)地大量離解為正、負(fù)離子，但是阿累尼烏斯卻沒(méi)有考慮到離子本身的靜電相互作用。為了進(jìn)一步發(fā)展完善電離學(xué)說(shuō)，范·拉爾（V.Laar）于1895 年提出必須考慮到離子的強(qiáng)靜電場(chǎng)，電導(dǎo)率、滲透壓和離子化學(xué)作用等隨濃度增大而減小，不能用解離度的減弱來(lái)解釋?zhuān)菓?yīng)該用限制離子運(yùn)動(dòng)自由的離子間靜電相互影響來(lái)解釋[9]。1897 年，英國(guó)物理學(xué)家湯姆遜（J.J.Thomson，1856—1940 年）在氣體的放電試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了電子。而根據(jù)道爾頓原子論，原子不可再分，當(dāng)然無(wú)結(jié)構(gòu)可言。因此現(xiàn)有的理論與新的實(shí)驗(yàn)事實(shí)就產(chǎn)生了矛盾。于是在1904 年，湯姆遜就提出了他自己的原子結(jié)構(gòu)模型：原子是正電荷連續(xù)分布的球體，電子之間以最大的距離分布在該球體之中，就像將葡萄干鑲嵌在松軟的面包中一樣。因而原子不可再分的概念就被永遠(yuǎn)的拋棄[10]。隨著電子、原子理論的不斷發(fā)展，分子電離后離子帶電的原因很自然得到解釋。那么，電離學(xué)說(shuō)只適用于稀溶液，不適用于強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和鹽的溶液又該如何解釋呢？

三 路易斯活度概念的提出

熱力學(xué)發(fā)展到十九世紀(jì)末還只能處理理想體系，例如對(duì)于理想溶液（任一組分在全部濃度范圍內(nèi)都符合拉烏爾定律的溶液）中任意組分B 的化學(xué)勢(shì)表示為

式中：μB*是T、p 的函數(shù)，一定溫度和一定壓力下為定值。μB*（T，p）可看作是xB=1，且服從于亨利定律的純組分B 的化學(xué)勢(shì)。而對(duì)于非理想溶液或者實(shí)際體系近似地當(dāng)作理想體系來(lái)處理會(huì)得到較大的偏差，這樣熱力學(xué)的應(yīng)用便受到限制。為了解決這一困難，美國(guó)物理化學(xué)家路易斯在1907 年提出了“活度（activity）”的概念，并發(fā)表在了《美國(guó)科學(xué)技術(shù)學(xué)會(huì)會(huì)志》。對(duì)于真實(shí)體系，如果用活度代替濃度，則理想體系條件下的熱力學(xué)關(guān)系式仍可適用于真實(shí)體系[11]。

式中：αB，x是B 組分用摩爾分?jǐn)?shù)表示時(shí)的活度（activity），表示單位體積電解質(zhì)溶液中，能發(fā)揮效能的離子濃度叫做離子的有效濃度，無(wú)量綱量。

γB稱(chēng)為活度系數(shù)（activity coefficient），表示實(shí)際溶液與理性溶液的偏差，也是無(wú)量綱量。理想溶液與非理想溶液中B 組分的化學(xué)勢(shì)的表示形式是一樣的，凡是由理想溶液所導(dǎo)得的一些熱力學(xué)方程式，將其中的xB換為αB，x就能用于非理想溶液，所以用活度代替濃度具有更普遍的意義?；疃鹊囊氤晒Φ亟鉀Q了真實(shí)體系偏離理想體系這一困惑。但是這種偏離是由什么引起的呢？1907 年，薩瑟蘭（W.Sutherland）對(duì)強(qiáng)電解質(zhì)溶液中離子間力的作用進(jìn)行了進(jìn)一步的詳細(xì)研究，結(jié)果證明強(qiáng)電解質(zhì)在溶液中總是全部離解成離子，離解度為1，與濃度無(wú)關(guān)。他認(rèn)為電解質(zhì)濃度增加時(shí)分子電導(dǎo)率改變，其原因不在于離解作用的減弱，而在于溶液中離子的特別阻力——“電解摩擦力”[9]。正是由于電解質(zhì)在溶劑作用下產(chǎn)生的離子具有這種強(qiáng)的靜電相互作用，其熱力學(xué)行為將偏離理想溶液。那么強(qiáng)電解質(zhì)在溶液中完全解離的證據(jù)是什么呢？

1913 年，英國(guó)物理化學(xué)家布拉格（W.L.Bragg，1890—1971 年）通過(guò)X 射線衍射法測(cè)定氯化鈉和氯化鉀的晶體結(jié)構(gòu)證實(shí)固態(tài)的鹽是完全離子化的。后來(lái)對(duì)其他晶體結(jié)構(gòu)的分析也證實(shí)金屬氫氧化物在固態(tài)時(shí)也是完全離子化的。1920 年，德國(guó)化學(xué)家圖班特（C.Tubandt，1878—1942 年）和艾格爾特（S.Eggert，1889—?）通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)固態(tài)鹽加熱到一定溫度就可以導(dǎo)電，而在熔融時(shí)會(huì)變?yōu)闃O好的導(dǎo)體。因而進(jìn)一步證實(shí)了布拉格的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)。此時(shí)化學(xué)家們已經(jīng)意識(shí)到強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和鹽在溶液中應(yīng)該是百分之百的電離，這類(lèi)物質(zhì)就是強(qiáng)電解質(zhì)。1921 年，路易斯和蘭德?tīng)枺∕.Randall，1888—1950 年）又把離子力的概念引入熱力學(xué)即離子力等于濃度乘上原子價(jià)平方的和。離子力是度量溶液中由離子所產(chǎn)生電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度的尺度，僅與溶液中各離子的濃度及電荷有關(guān)，而與離子的種類(lèi)無(wú)關(guān)。路易斯和蘭德?tīng)栒J(rèn)為溶液的活度取決于溶液的離子強(qiáng)度。由于離子間作用力，活度要小于濃度。因此，基于這些實(shí)驗(yàn)事實(shí)和理論認(rèn)識(shí)上的進(jìn)步，電離學(xué)說(shuō)只適用于弱電解質(zhì)稀溶液，不適用于強(qiáng)電解質(zhì)溶液的困惑就得到解答。那么，異性帶電離子在溶液中是如何同時(shí)穩(wěn)定存在的呢？

四 德拜-休克爾離子互吸理論

1923 年，荷蘭物理化學(xué)家德拜和德國(guó)物理化學(xué)家休克爾通過(guò)計(jì)算溶液中的離子間力對(duì)離子運(yùn)動(dòng)的影響，提出了強(qiáng)電解質(zhì)溶液的離子互吸理論[12]。該理論的核心思想是：在強(qiáng)電解質(zhì)溶液中，由于解離所產(chǎn)生的陰陽(yáng)離子間的靜電相互作用，同號(hào)電荷離子相互排斥，異號(hào)電荷離子相互吸引，因此在任何一個(gè)陽(yáng)離子附近，出現(xiàn)陰離子的機(jī)會(huì)總比出現(xiàn)陽(yáng)離子的機(jī)會(huì)多，而且越靠近中心離子，負(fù)電荷密度越大，越遠(yuǎn)離中心離子，負(fù)電荷密度越小?？梢哉J(rèn)為陽(yáng)離子被陰離子所包裹形成了陰離子氛。反之，在陰離子的周?chē)灿袔д姾傻年?yáng)離子氛。在外電場(chǎng)作用下，陰、陽(yáng)離子分別向外電場(chǎng)的正極、負(fù)極移動(dòng)，而陰、陽(yáng)離子的離子氛卻向相反電極移動(dòng)，于是就產(chǎn)生了阻礙中心離子遷移的電牽引力，稱(chēng)之為松弛力。其次，由于正、負(fù)離子的溶劑化作用，使離子在遷移過(guò)程中的摩擦力增加，稱(chēng)之為電泳力。這兩種作用降低了離子的遷移速度，電導(dǎo)值降低?；谠撃Ｐ?，他們推導(dǎo)出了德拜-休克爾當(dāng)量電導(dǎo)公式

式中：D 為介電常數(shù)；T 為溫度；K1和K2為常數(shù)；W1、W2代表價(jià)態(tài)因子，b 為離子平均半徑。公式右邊第一項(xiàng)代表不對(duì)稱(chēng)，第二項(xiàng)代表粘度。基于該理論模型導(dǎo)出了電導(dǎo)值的總減少量與濃度的平方根成正比，這就是強(qiáng)電解質(zhì)溶液理論。

1926 年，丹麥物理化學(xué)家卜耶?。∟.Bjerrum，1879—1958）提出了“離子締合（ionassociation）”概念[5]。其假設(shè)當(dāng)兩個(gè)相反電荷的離子接近到相互間的庫(kù)倫力大于熱運(yùn)動(dòng)能的臨界距離時(shí)，它們就形成締合的“離子對(duì)”。離子對(duì)具有足夠的穩(wěn)定性，并與未成對(duì)離子間保持著動(dòng)態(tài)平衡。離子對(duì)的存在減少了帶電的自由離子，因而降低了溶液的電導(dǎo)和離子的平均活度。1929 年，德拜又提出了水合離子理論：電解質(zhì)溶液中的離子以水合狀態(tài)存在。水合離子理論解釋了為什么溶液中的正、負(fù)離子可以穩(wěn)定共存。1936 年，德拜因在發(fā)展、完善電離學(xué)說(shuō)等方面的卓越貢獻(xiàn)而獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)[13]。

綜上，人們對(duì)電解質(zhì)溶液的認(rèn)識(shí)從1884 年阿累尼烏斯提出電離學(xué)說(shuō)的初步理論到1929 年德拜完善電離理論經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)的、不斷進(jìn)化的過(guò)程。電離理論的發(fā)展與完善也顯示出了同一時(shí)期各相關(guān)科學(xué)群體之間的交叉融合對(duì)推動(dòng)科學(xué)發(fā)展的重要性?？茖W(xué)是一個(gè)不斷質(zhì)疑、大膽假設(shè)、構(gòu)建模型、邏輯推理、實(shí)驗(yàn)探索的循環(huán)發(fā)展過(guò)程。筆者在多年的教學(xué)思考和經(jīng)驗(yàn)積累基礎(chǔ)之上，發(fā)現(xiàn)將再現(xiàn)知識(shí)發(fā)展的過(guò)程融入課堂教學(xué)設(shè)計(jì)中，不僅能讓學(xué)生建立清晰的知識(shí)脈絡(luò)，明確活度概念的提出實(shí)際上對(duì)離子互吸理論的發(fā)展與完善是有啟發(fā)意義的，在知其然和探索其所以然的過(guò)程中掌握了電解質(zhì)溶液理論知識(shí)，改變了教條化傳授知識(shí)結(jié)果和死記硬背的學(xué)習(xí)方法，極大地改善教學(xué)效果，而且更重要的是可培養(yǎng)學(xué)生批判地、歷史地看待現(xiàn)有的學(xué)科結(jié)構(gòu)，理解它們的暫時(shí)性和可變性，即培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑精神和創(chuàng)新能力[14]。