初中化學(xué)化學(xué)家量子化學(xué)大師鮑林

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量子化學(xué)大師鮑林鮑林

(公元1901～1997)

鮑林是聞名的量子化學(xué)家，他在化學(xué)的多個(gè)領(lǐng)域都有過重大貢獻(xiàn)。曾兩次榮獲諾貝爾獎(jiǎng)金（1954年化學(xué)獎(jiǎng)，1962年和平獎(jiǎng)），有很高的國(guó)際聲譽(yù)。

1901年2月18日，鮑林誕生在美國(guó)俄勒岡州波特蘭市。幼年聰慧好學(xué)，11歲相識(shí)了心理學(xué)教授捷夫列斯，捷夫列斯有一所私人試驗(yàn)室，他曾給幼小的鮑林做過很多有意思的化學(xué)演示試驗(yàn)，這使鮑林從小萌生了對(duì)化學(xué)的酷愛，這種酷愛使他走上了探討化學(xué)的道路。

鮑林在讀中學(xué)時(shí)、各科成果都很好，尤其是化學(xué)成果始終名列全班第一名。他常常埋頭在試驗(yàn)室里做化學(xué)試驗(yàn)，立志當(dāng)一名化學(xué)家。

1917年，鮑林以優(yōu)異的成果考入俄勒岡州農(nóng)學(xué)院化學(xué)工程系，他希望通過學(xué)習(xí)高?；瘜W(xué)最終實(shí)現(xiàn)自己的志向。鮑林的家境很不好，父親只是一位一般的藥劑師，母親多病。家中經(jīng)濟(jì)收入微薄，居住條件也很差。于經(jīng)濟(jì)困難，鮑林在高校曾停學(xué)一年，自己去掙學(xué)費(fèi)，復(fù)學(xué)以后，他靠勤工儉學(xué)來維持學(xué)習(xí)和生活，曾兼任分析化學(xué)老師的試驗(yàn)員，在四年級(jí)時(shí)還兼任過一年級(jí)的試驗(yàn)課。

鮑林在艱難的條件下，刻苦攻讀。他對(duì)化學(xué)鍵的理論很感愛好，同時(shí)，仔細(xì)學(xué)習(xí)了原子物理、數(shù)學(xué)、生物學(xué)等多門學(xué)科。這些學(xué)問，為鮑林以后的探討工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1922年，鮑林以優(yōu)異的成果高校畢業(yè)，同時(shí)，考取了加州理工學(xué)院的探討生，導(dǎo)師是聞名化學(xué)家諾伊斯。諾伊斯擅長(zhǎng)物理化學(xué)和分析化學(xué)，學(xué)問特別淵博。對(duì)學(xué)生諄諄教導(dǎo)，為人親善可親，學(xué)生們?cè)u(píng)價(jià)他“極擅長(zhǎng)鼓動(dòng)學(xué)生酷愛化學(xué)”。

諾伊斯告知鮑林，不要只停留在書本學(xué)問上，應(yīng)當(dāng)注意獨(dú)立思索，同時(shí)要探討與化學(xué)有關(guān)的物理學(xué)問1923年，諾伊斯寫了一部新書，名為《化學(xué)原理》，此書在正式出版之前，他要求鮑林在一個(gè)假期中，把書上的習(xí)題全部做一遍。鮑林用了一個(gè)假期的時(shí)間，把全部的習(xí)題都精確地做完了，諾伊斯看了鮑林的作業(yè)，特別滿足。諾伊斯特別賞識(shí)鮑林，并把鮑林介紹給很多知名化學(xué)家，使他很快地進(jìn)入了學(xué)術(shù)界的社會(huì)環(huán)境中。這對(duì)鮑林以后的發(fā)展特別有用。

鮑林在諾伊斯的指導(dǎo)下，完成的第一個(gè)科研課題是測(cè)定輝鋁礦（mosz）的晶體結(jié)構(gòu)，鮑林用調(diào)射線衍射法，測(cè)定了大量的數(shù)據(jù)，最終確定了mosz的結(jié)構(gòu)，這一工作完成得很精彩，不僅使他在化學(xué)界初露鋒芒，同時(shí)也增加了他進(jìn)行科學(xué)探討的信念。

鮑林在加州理工學(xué)院，經(jīng)導(dǎo)師介紹，還得到了迪肯森、托爾曼的細(xì)心指導(dǎo)，迪肯森精通放射化學(xué)和結(jié)晶化學(xué)，托爾曼精通物理化學(xué)，這些導(dǎo)師的細(xì)心指導(dǎo)，使鮑林進(jìn)一步拓寬了學(xué)問面，建立了合理的學(xué)問結(jié)構(gòu)。

1925年，鮑林以精彩的成果獲得化學(xué)哲學(xué)博士。他系統(tǒng)地探討了化學(xué)物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)三者的聯(lián)系，同時(shí)還從方法論上探討了確定論和隨機(jī)性的關(guān)系。他最感愛好的問題是物質(zhì)結(jié)構(gòu)，他認(rèn)為，人們對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的深化了解，將有助于人們對(duì)化學(xué)運(yùn)動(dòng)、的全面相識(shí)。

鮑林獲博士學(xué)位以后，于1926年2月去歐洲，在索未菲試驗(yàn)室里工作一年。然后又到玻爾試驗(yàn)室工作了半年，還到過薛定愕機(jī)和德拜試驗(yàn)室。這些學(xué)術(shù)探討，使鮑林對(duì)量子力學(xué)有了極為深刻的了解，堅(jiān)決了他用量子力學(xué)方法解決化學(xué)鍵問題的信念。鮑林從讀探討生到去歐洲游學(xué)，所接觸的都是世界第一流的專家，干脆面臨科學(xué)前沿問題，這對(duì)他后來取得學(xué)術(shù)成就是特別重要的。

1927年，鮑林結(jié)束了兩年的歐洲游學(xué)回到了美國(guó)，在帕莎迪那擔(dān)當(dāng)了理論化學(xué)、的助理教授，除講授量子力學(xué)及其在化學(xué)中的應(yīng)用外，還講授晶體化學(xué)鄉(xiāng)開設(shè)有關(guān)化學(xué)鍵本質(zhì)的學(xué)術(shù)講座。1930年，鮑林再一次去歐洲，到布拉格試驗(yàn)室學(xué)習(xí)有關(guān)射線的技術(shù)，后來又到慕尼黑學(xué)習(xí)電子衍射方面的技術(shù)，回國(guó)后，被加州理工學(xué)院聘為教授。

鮑林在探究化學(xué)鍵理論時(shí)，遇到了甲烷的正四面體結(jié)構(gòu)的說明問題。傳統(tǒng)理論認(rèn)為，原子在未化合前外層有未成對(duì)的電子，這些未成對(duì)電子假如自旋反平行，則可兩兩結(jié)成電子對(duì)，在原子間形成共價(jià)鍵。一個(gè)電子與另一電子配對(duì)以后，就不能再與第三個(gè)電子配對(duì)。在原子相互結(jié)合成分子時(shí)，靠的是原子外層軌道重疊，重疊越多，形成的共價(jià)鍵就越穩(wěn)定一這種理論，無法說明甲烷的正四面體結(jié)構(gòu)。

為了說明甲烷的正四面體結(jié)構(gòu)。說明碳原子四個(gè)鍵的等價(jià)性，鮑休在1928～1931年，提出了雜化軌道的理論。該理論的依據(jù)是電子運(yùn)動(dòng)不僅具有粒子性，同時(shí)還有波動(dòng)性。而波又是可以疊加的。所以鮑林認(rèn)為，碳原子和四周口個(gè)氫原子成鍵時(shí)，所運(yùn)用的軌道不是原來的s軌道或p軌道，而是二者經(jīng)混雜、疊加而成的“雜化軌道”，這種雜化軌道在能量和方向上的安排是對(duì)稱均衡的。雜化軌道理論，很好地說明白甲烷的正四面體結(jié)構(gòu)。

在有機(jī)化學(xué)結(jié)構(gòu)理論中，鮑林還提出過出名的“共振論”

共振論直觀易懂，在化學(xué)教學(xué)中易被接受，所以受到歡迎，在本世紀(jì)40年頭以前，這種理論產(chǎn)生了重要影響，但到60年頭，在以蘇聯(lián)為代表的集權(quán)國(guó)家，化學(xué)家的心理也發(fā)生了扭曲和畸變，他們不知道科學(xué)自由為何物，對(duì)共振論實(shí)行了急風(fēng)暴雨般的大批判，給鮑林扣上了“唯心主義”的帽子。

鮑林在探討量子化學(xué)和其他化學(xué)理論時(shí)，創(chuàng)建性地提出了很多新的概念。例如，共價(jià)半徑、金屬半徑、電負(fù)性標(biāo)度等，這些概念的應(yīng)用，對(duì)現(xiàn)代化學(xué)、凝合態(tài)物理的發(fā)展都有巨大意義。

1932年，鮑林預(yù)言，惰性氣體可以與其他元素化合生成化合物。惰性氣體原子最外層都被8個(gè)電子所填滿，形成穩(wěn)定的電子層按傳統(tǒng)理論不能再與其他原子化合。但鮑林的量子化學(xué)觀點(diǎn)認(rèn)為，較重的惰性氣體原子，可能會(huì)與那些特殊易接受電子的元素形成化合物，這一預(yù)言，在1962年被證明。

鮑林還把化學(xué)探討推向生物學(xué)，他事實(shí)上是分子生物學(xué)的奠基人之一，他花了很多時(shí)間探討生物大分子，特殊是蛋自質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)，本世紀(jì)40年頭初，他起先探討氨基酸和多肽鏈，發(fā)覺多肽鏈分子內(nèi)可能形成兩種螺旋體，一種是a-螺旋體，一種是g-螺旋體。經(jīng)過探討他進(jìn)而指出：一個(gè)螺旋是依靠氫鍵連接而保持其形態(tài)的，也就是長(zhǎng)的肽鍵螺旋纏繞，是因?yàn)樵诎被衢L(zhǎng)鏈中，某些氫原子形成氫鍵的結(jié)果。作為蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的一種重要形式，a-螺旋體，已在晶體衍射圖上得到證明，這一發(fā)覺為蛋白質(zhì)空間構(gòu)像打下了理論基礎(chǔ)。這些探討成果，是鮑林1954年榮獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的項(xiàng)目。

1954年以后，鮑林起先轉(zhuǎn)向大腦的結(jié)構(gòu)與功能的探討，提出了有關(guān)麻醉和精神病的分子學(xué)基礎(chǔ)。他認(rèn)為，對(duì)精神病分子基礎(chǔ)的了解，有助于對(duì)精神病的治療，從而為精神病患者帶來福音。鮑林是第一個(gè)提出“分子病”概念的人，他通過探討發(fā)覺，鐮刀形細(xì)胞貧血癥，就是一種分子病，包括了由突變基因確定的血紅蛋白分子的變態(tài)。即在血紅蛋白的眾多氨基酸分子中，假如將其中的一個(gè)谷氨酸分子用纈氨酸替換，就會(huì)導(dǎo)致血紅蛋白分子變形，造成鐮刀形貧血病。鮑林通過探討，得出了鐮刀形紅細(xì)胞貧血癥是分子病的結(jié)論。他還探討了分子醫(yī)學(xué)，寫了《矯形分子的精神病學(xué)》的論文，指出：分子醫(yī)學(xué)的探討，對(duì)解開記憶和意識(shí)之謎有著確定性的意義。

鮑林學(xué)識(shí)淵博，愛好廣泛，他曾廣泛探討自然科學(xué)的前沿課題。他從事古生物和遺傳學(xué)的探討，希望這種探討能揭開生命起源的奇妙。他述于1965年提出原子核模型的設(shè)想，他提出的模型有很多獨(dú)到之處。

鮑林堅(jiān)決反對(duì)把科技成果用于斗爭(zhēng)，特殊反對(duì)核斗爭(zhēng)。他指出：“科學(xué)與和平是有聯(lián)系的，世界已被科學(xué)的獨(dú)創(chuàng)大大變更了，特殊是在最近一個(gè)世紀(jì)?，F(xiàn)在，我們?cè)鲞M(jìn)了學(xué)問，供應(yīng)了消退貧困和饑餓的可能性，供應(yīng)了顯著削減疾病造成的苦痛的可能性，供應(yīng)了為人類利益有效地運(yùn)用資源的可能性。”他認(rèn)為，核斗爭(zhēng)可能毀滅地球和人類，他號(hào)召科學(xué)家們致力于和平運(yùn)動(dòng)，鮑林傾注了很多時(shí)間和精力探討防止斗爭(zhēng)、保衛(wèi)和平的問題。他為和平事業(yè)所作的努力，遭到美國(guó)保守勢(shì)力的打擊，50年頭初，美國(guó)奉行麥卡錫主義，曾對(duì)他進(jìn)行過嚴(yán)格的審查，懷疑他是美共分子，限制他出國(guó)講學(xué)，干涉他的人身自由。1954年，鮑林榮獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)以后，美國(guó)政府才被迫取消了對(duì)他的出國(guó)禁令。

1955，鮑林和世界知名的大科學(xué)家愛因斯坦、羅素、約里奧·居里、玻恩等，簽署了一個(gè)宣言：呼吁科學(xué)家應(yīng)共同反對(duì)發(fā)展毀滅性武器，反對(duì)斗爭(zhēng)，保衛(wèi)和平。1957年5月，鮑林起草了《科學(xué)家反對(duì)核試驗(yàn)宣言》，該宣言在兩周內(nèi)就有2000多名美國(guó)科學(xué)家簽名，在短短幾個(gè)月內(nèi)，就有49個(gè)國(guó)家的11000余名科學(xué)家簽名。1958年，鮑林把反核試驗(yàn)宣言交給了聯(lián)合國(guó)秘書長(zhǎng)哈馬舍爾德，向聯(lián)合國(guó)請(qǐng)?jiān)?。同年，他寫了《不要再有斗?zhēng)》一書，書中以豐富的資料，說明白核武器對(duì)人類的重大威逼。

1959年，鮑林和羅素等人在美國(guó)創(chuàng)辦了《一人少數(shù)》月刊，反對(duì)斗爭(zhēng)，宣揚(yáng)和平。同年8月，他參與了在日本廣島實(shí)行的禁止原子彈氫彈大會(huì)。由于鮑林對(duì)和平事業(yè)的貢獻(xiàn)，他在1962年榮獲了諾貝