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第52章 1954年度 利留斯·卡尔·鲍林

  因提出化学键本质和分子结构的基本原理而荣获1954年诺贝尔化学奖

  鲍林(美国,1901~1994年),1901年2月28日生于美国俄勒冈州波特兰市,1922年毕业于俄勒冈州农学院(现名为俄勒冈州立大学)化学工程系。1925年以出色的成绩获得加州理工学院化学博士学位,1926年至1927年间,鲍林游学欧洲,1927年他重返加州理工学院任教。1994年,鲍林病逝于加利福尼亚,享年93岁,是少有的高寿科学家。

  鲍林的父亲是位药剂师,他有着高度的责任心和工作热情,工作起来兢兢业业,一丝不苟,父亲的工作作风和工作热情潜移默化地影响着小鲍林。童年时代的鲍林对父亲的工作很感兴趣,父亲所做的一切都让他感到无比的新鲜和神奇。

  鲍林生活的康登是一个粗犷、荒凉的高原小镇,这里是一个落后的偏远地区,但对这里的儿童来说,却胜似人间天堂。无垠的田野给他们提供了广阔的活动空间,大人们忙于工作,无暇顾及他们,因此他们拥有几乎是绝对的自由。4岁时迁居来此的鲍林看到大人吸烟,他也扯下块烟草点燃去体验吞云吐雾的感觉;几个小伙伴痛饮啤酒后的醉相,让大人们哭笑不得。在淘气之余,鲍林还总能抽出时间来看书。

  鲍林在康登镇的幸福日子随着他们家搬回波特兰而永远地与他告别。更糟糕的是,鲍林的父亲同年死于胃溃疡。活泼开朗的鲍林从此变得沉默寡言,他只能将他的全部感情寄托在书本上。

  不久,母亲也患上恶性贫血症,作为家里唯一的男子汉,鲍林从9岁便开始打工挣钱贴补家用。他替邮局送信,到电影院当放映员,给人送奶。鲍林通过自己打工赚钱,不仅支持家庭开支还完成了中学学业。为了上大学,鲍林假期到食品杂货店打杂。他还和朋友开办摄影室。到德国人开办的工厂当见习机械师,老板非常赏识鲍林。1917年9月,鲍林盼来了俄勒冈农学院的录取通知书,他揣着通知书去向老板告别。这位德国人对他的离开表示遗憾,但也深知他的目标绝非普通机械师而已。

  1917年10月,鲍林开始了梦寐以求的大学生涯,巨大的经济问题仍然摆在他的面前。迈进大学校门的第一天,他就去搬运木头,两年后,由于经济问题,他不得不休学。当他准备放弃理想时,他竟收到俄勒冈农学院的聘书,聘他担任他在半年前才刚学完的定量分析课的助理讲师。聘请一个刚念完大二课程的学生来教授同年级学生,这在今天来说简直是天方夜谭,就连他自己也觉得难以置信,但千真万确。他立刻回校受命。在工作期间,鲍林继续学习,并于1925年获加州理工学院博士学位。

  在鲍林的分子结构理论以前,物理学家和化学家在碳电子的结构上意见并不一致。物理学家的光谱分析结果毋庸置疑,化学家的四面体同样证据确凿,鲍林担负起了协调两者意见的工作。

  1927年后,在物理学家约翰·斯莱特的建议下,鲍林对薛定谔波动方程巧妙简化,从量子力学的原则出发,推导出从化学键的长度和排列值到分子和复杂离子磁性的完整理论,成功地预测出原子新的电子结构和性质,使物理学和化学在碳电子的空间轨道上有了科学而统一的认识。

  为了解释甲烷的空间正四面体结构,说明碳原子四个键的等价性,鲍林在1928年到1931年提出了杂化轨道理论,这也是他重要的成就。鲍林认为由于电子运动具有波粒二象性(爱因斯坦理论),甲烷分子中碳氢原子的成键轨道不是原来的s、p轨道,而是能量和方向上的分配对称均衡的,二者经混杂、叠加而成的“杂化轨道”。鲍林的杂化轨道理论,完整地解释了甲烷的正四面体结构。此后,鲍林进一步完善了杂化轨道理论,并阐明了化学键结合的本质和更为复杂的分子结构。

  20世纪40年代初,鲍林研究氨基酸和多肽链发现了多肽链分子内形成的两种螺旋体,还发现镰形细胞性贫血病患者的血红蛋白的结构缺陷及其遗传性。鲍林把化学研究成功地推向生物学,成为分子生物学的奠基人之一。

  20世纪50年代后,随着核武器的加速扩散,鲍林开始担心大气中的放射性将给人类可能造成毁灭性的危害,坚决反对把科技成果用于战争,特别反对核战争。他认为,核战争可能毁灭人类和地球,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。1958年他发表《不要再有战争》一文并联合11021位科学家向联合国递呈《停止核试验》的请愿书,他还参加加州圣巴巴拉民主制度中心的工作,研究战争与和平问题。包括鲍林在内的许多和平爱好者的努力工作,使各国人民和执政当局逐渐意识到了核武器对整个人类的危害,这在一定程度上催生了《核不扩散条约》的出台。由于鲍林对人类和平作出的突出贡献,他又于1962年获得诺贝尔和平奖。

  
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