1、量子化学大师鲍林量子化学大师鲍林鲍林(公元19011997) 鲍林是著名的量子化学家，他在化学的多个领域都有过重大贡献。曾两次荣获诺贝尔奖金（1954年化学奖， 1962年和平奖），有很高的国际声誉。 1901年2月18日，鲍林出生在美国俄勒冈州波特兰市。幼年聪明好学，11岁认识了心理学教授捷夫列斯，捷夫列斯有一所私人实验室，他曾给幼小的鲍林做过许多有意思的化学演示实验，这使鲍林从小萌生了对化学的热爱，这种热爱使他走上了研究化学的道路。 鲍林在读中学时、各科成绩都很好，尤其是化学成绩一直名列全班第一名。他经常埋头在实验室里做化学实验，立志当一名化学家。 1917年，鲍林以优异的成绩考入俄勒冈州
2、农学院化学工程系，他希望通过学习大学化学最终实现自己的理想。鲍林的家境很不好，父亲只是一位一般的药剂师，母亲多病。家中经济收入微薄，居住条件也很差。于经济困难，鲍林在大学曾停学一年，自己去挣学费，复学以后，他靠勤工俭学来维持学习和生活，曾兼任分析化学教师的实验员，在四年级时还兼任过一年级的实验课。 鲍林在艰难的条件下，刻苦攻读。他对化学键的理论很感兴趣，同时，认真学习了原子物理、数学、生物学等多门学科。这些知识，为鲍林以后的研究工作打下了坚实的基础。 1922年，鲍林以优异的成绩大学毕业，同时，考取了加州理工学院的研究生，导师是著名化学家诺伊斯。诺伊斯擅长物理化学和分析化学，知识非常渊博。对学
3、生循循善诱，为人和蔼可亲，学生们评价他“极善于鼓动学生热爱化学”。 诺伊斯告诉鲍林，不要只停留在书本知识上，应当注重独立思考，同时要研究与化学有关的物理知识1923年，诺伊斯写了一部新书，名为化学原理，此书在正式出版之前，他要求鲍林在一个假期中，把书上的习题全部做一遍。鲍林用了一个假期的时间，把所有的习题都准确地做完了，诺伊斯看了鲍林的作业，十分满意。诺伊斯十分赏识鲍林，并把鲍林介绍给许多知名化学家，使他很快地进入了学术界的社会环境中。这对鲍林以后的发展十分有用。 鲍林在诺伊斯的指导下，完成的第一个科研课题是测定辉铝矿（mosz）的晶体结构，鲍林用调射线衍射法，测定了大量的数据，最后确定了mo
4、sz的结构，这一工作完成得很出色，不仅使他在化学界初露锋芒，同时也增强了他进行科学研究的信心。 鲍林在加州理工学院，经导师介绍，还得到了迪肯森、托尔曼的精心指导，迪肯森精通放射化学和结晶化学，托尔曼精通物理化学，这些导师的精心指导，使鲍林进一步拓宽了知识面，建立了合理的知识结构。 1925年，鲍林以出色的成绩获得化学哲学博士。他系统地研究了化学物质的组成、结构、性质三者的联系，同时还从方法论上探讨了决定论和随机性的关系。他最感兴趣的问题是物质结构，他认为，人们对物质结构的深入了解，将有助于人们对化学运动、的全面认识。 鲍林获博士学位以后，于1926年2月去欧洲，在索未菲实验室里工作一年。然后又
5、到玻尔实验室工作了半年，还到过薛定愕机和德拜实验室。这些学术研究，使鲍林对量子力学有了极为深刻的了解，坚定了他用量子力学方法解决化学键问题的信心。鲍林从读研究生到去欧洲游学，所接触的都是世界第一流的专家，直接面临科学前沿问题，这对他后来取得学术成就是十分重要的。 1927年，鲍林结束了两年的欧洲游学回到了美国，在帕莎迪那担任了理论化学、的助理教授，除讲授量子力学及其在化学中的应用外，还讲授晶体化学乡开设有关化学键本质的学术讲座。1930年，鲍林再一次去欧洲，到布拉格实验室学习有关射线的技术，后来又到慕尼黑学习电子衍射方面的技术，回国后，被加州理工学院聘为教授。 鲍林在探索化学键理论时，遇到了甲
6、烷的正四面体结构的解释问题。传统理论认为，原子在未化合前外层有未成对的电子，这些未成对电子如果自旋反平行，则可两两结成电子对，在原子间形成共价键。一个电子与另一电子配对以后，就不能再与第三个电子配对。在原子相互结合成分子时，靠的是原子外层轨道重叠，重叠越多，形成的共价键就越稳定一这种理论，无法解释甲烷的正四面体结构。 为了解释甲烷的正四面体结构。说明碳原子四个键的等价性，鲍休在19281931年，提出了杂化轨道的理论。该理论的根据是电子运动不仅具有粒子性，同时还有波动性。而波又是可以叠加的。所以鲍林认为，碳原子和周围口个氢原子成键时，所使用的轨道不是原来的s轨道或p轨道，而是二者经混杂、叠加而
7、成的“杂化轨道”，这种杂化轨道在能量和方向上的分配是对称均衡的。杂化轨道理论，很好地解释了甲烷的正四面体结构。 在有机化学结构理论中，鲍林还提出过有名的“共振论” 共振论直观易懂，在化学教学中易被接受，所以受到欢迎，在本世纪40年代以前，这种理论产生了重要影响，但到60年代，在以苏联为代表的集权国家，化学家的心理也发生了扭曲和畸变，他们不知道科学自由为何物，对共振论采取了急风暴雨般的大批判，给鲍林扣上了“唯心主义”的帽子。 鲍林在研究量子化学和其他化学理论时，创造性地提出了许多新的概念。例如，共价半径、金属半径、电负性标度等，这些概念的应用，对现代化学、凝聚态物理的发展都有巨大意义。 1932
8、年，鲍林预言，惰性气体可以与其他元素化合生成化合物。惰性气体原子最外层都被8个电子所填满，形成稳定的电子层按传统理论不能再与其他原子化合。但鲍林的量子化学观点认为，较重的惰性气体原子，可能会与那些特别易接受电子的元素形成化合物，这一预言，在1962年被证实。 鲍林还把化学研究推向生物学，他实际上是分子生物学的奠基人之一，他花了很多时间研究生物大分子，特别是蛋自质的分子结构，本世纪40年代初，他开始研究氨基酸和多肽链，发现多肽链分子内可能形成两种螺旋体，一种是a -螺旋体，一种是g -螺旋体。经过研究他进而指出：一个螺旋是依靠氢键连接而保持其形状的，也就是长的肽键螺旋缠绕，是因为在氨基酸长链中，
9、某些氢原子形成氢键的结果。作为蛋白质二级结构的一种重要形式，a -螺旋体，已在晶体衍射图上得到证实，这一发现为蛋白质空间构像打下了理论基础。这些研究成果，是鲍林1954年荣获诺贝尔化学奖的项目。 1954年以后，鲍林开始转向大脑的结构与功能的研究，提出了有关麻醉和精神病的分子学基础。他认为，对精神病分子基础的了解，有助于对精神病的治疗，从而为精神病患者带来福音。鲍林是第一个提出“分子病”概念的人，他通过研究发现，镰刀形细胞贫血症，就是一种分子病，包括了由突变基因决定的血红蛋白分子的变态。即在血红蛋白的众多氨基酸分子中，如果将其中的一个谷氨酸分子用缬氨酸替换，就会导致血红蛋白分子变形，造成镰刀形
10、贫血病。鲍林通过研究，得出了镰刀形红细胞贫血症是分子病的结论。他还研究了分子医学，写了矫形分子的精神病学的论文，指出：分子医学的研究，对解开记忆和意识之谜有着决定性的意义。 鲍林学识渊博，兴趣广泛，他曾广泛研究自然科学的前沿课题。他从事古生物和遗传学的研究，希望这种研究能揭开生命起源的奥秘。他述于1965年提出原子核模型的设想，他提出的模型有许多独到之处。 鲍林坚决反对把科技成果用于战争，特别反对核战争。他指出：“科学与和平是有联系的，世界已被科学的发明大大改变了，特别是在最近一个世纪。现在，我们增进了知识，提供了消除贫困和饥饿的可能性，提供了显著减少疾病造成的痛苦的可能性，提供了为人类利益有
11、效地使用资源的可能性。”他认为，核战争可能毁灭地球和人类，他号召科学家们致力于和平运动，鲍林倾注了很多时间和精力研究防止战争、保卫和平的问题。他为和平事业所作的努力，遭到美国保守势力的打击，50年代初，美国奉行麦卡锡主义，曾对他进行过严格的审查，怀疑他是美共分子，限制他出国讲学，干涉他的人身自由。1954年，鲍林荣获诺贝尔化学奖以后，美国政府才被迫取消了对他的出国禁令。 1955，鲍林和世界知名的大科学家爱因斯坦、罗素、约里奥居里、玻恩等，签署了一个宣言：呼吁科学家应共同反对发展毁灭性武器，反对战争，保卫和平。1957年5月，鲍林起草了科学家反对核实验宣言，该宣言在两周内就有2000多名美国科
12、学家签名，在短短几个月内，就有49个国家的11000余名科学家签名。1958年，鲍林把反核实验宣言交给了联合国秘书长哈马舍尔德，向联合国请愿。同年，他写了不要再有战争一书，书中以丰富的资料，说明了核武器对人类的重大威胁。 1959年，鲍林和罗素等人在美国创办了一人少数月刊，反对战争，宣传和平。同年8月，他参加了在日本广岛举行的禁止原子弹氢弹大会。由于鲍林对和平事业的贡献，他在1962年荣获了诺贝尔和平奖。他以科学与和平为题，发表了领奖演说，在演说中指出：“在我们这个世界历史的新时代，世界问题不能用故争和暴力来解决，而是按着对所有人都公平，对一切国家都平等的方式，根据世界法律来解决。”最后他号召：“我们要逐步建立起一个对全人类在经济、政治和社会方面都公正合理的世界，建立起一种和人类智慧相称的世界文化。” 鲍林是一位伟大的科学家与和平战士，他的影响遍及全世界。