1901年,诺贝尔化学奖首次颁发。从那时起,人们就把诺贝尔奖,看作科学研究领域的最高荣誉。
迄今为止,全世界只有4个人曾经两次获得过诺贝尔奖。与居里夫人等其他三位两次获奖者不同,莱纳斯·鲍林是唯一两次单独获得诺奖的科学家。
1954年,他因提出了化学键本质和分子结构的基本原理而获得诺贝尔化学奖;20世纪50年代,他又为和平利用原子能而努力,于1962年获得诺贝尔和平奖。
1954 年的诺贝尔奖颁奖典礼,瑞典国王给鲍林颁奖(上);1963年12月10日,鲍林补领了1962年的诺贝尔和平奖(下)。
他所著成的《化学键的本质》一书,至今仍是被引用最多的化学参考书之一,书中关于杂化和电负性等概念至今仍然是标准化学教科书的重要内容,这本书被誉为现代化学史上的《圣经》。
科学元典“红皮书”迎来新成员。化学需要量子力学,几代人从这本书中获益。
鲍林的兴趣始于化学,但其视野始终未局限于化学。他以开阔的眼界涉足生物学领域,成为分子生物学的先驱者之一;此外他还不顾外界压力与质疑,积极为和平奔走呼吁,展现出令人敬佩的社会担当。
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1901年2月28日,莱纳斯・卡尔・鲍林出生在美国俄勒冈州波特兰市,他的父亲是一名普通药剂师。
鲍林自幼聪慧,在父亲、好友和老师的影响下,他对化学萌生热爱,中学时期,鲍林的各科成绩都很出色,化学成绩一直名列全班第一。他经常在实验室里做化学实验,立志成为一名化学家。
9岁那年,年仅33岁的父亲离开了人世,不久,母亲又患上了严重的忧郁症和慢性病,家里的经济情况日益窘迫。13岁时,鲍林就外出打工,靠挣来的微薄收入,维持家用,肩负起了家庭的重担。
1901年,婴儿鲍林在妈妈的怀抱里(左);1904年,鲍林和妹妹波林(Pauline)(右)。
高中毕业后,鲍林考取了俄勒冈农学院,并在这里遇到了后来的妻子艾娃· 米勒(Ava Helen Miller)。鲍林的大学生活捉襟见肘,一度艰难辍学。
幸亏俄勒冈农学院了解到鲍林的状况后,向他伸出援手。学院决定邀请鲍林做助教,让这位不满18岁的大学生,给大二学生上定量分析课。
鲍林一边读书一边讲课,经过最初的紧张,他渐渐喜欢上了教学工作,他讲课生动、幽默、内容丰富、方法灵活多变,比起其他化学教授显得要高明许多。就这样,他成了学校里人们最喜欢谈论的话题——一个年仅18岁的年轻“教授”。
1922 年,鲍林在俄勒冈农学院毕业时与艾娃· 米勒的合影。
尽管条件困难,鲍林还是如饥似渴地读化学书籍和最新出版的化学杂志,深入钻研路易斯和朗缪尔发表的关于分子的电子结构的论文,文中提出化学键是由电子对形成的。读到这一点时,鲍林恍然大悟。
如果说少年时期他还只是迷惑于神秘的现象,现在他已开始思考起隐藏在化学反应背后的本质、思考起物质结构的奥秘了。
1922年夏,鲍林考取了加州理工学院的研究生,师从著名化学家诺伊斯。在这位严师的指导下,鲍林完成了第一个科研课题——测定辉铝矿的晶体结构。他采用调射线衍射法,测定了大量数据,出色地确定了辉铝矿的结构。这一工作不仅让他在化学界初露锋芒,还增强了他进行科学研究的信心。
诺伊斯(大约1920年),中国化学家张子高就是他培养出来的学生。
诺伊斯教授又把鲍林推荐给学识渊博的迪金森和托尔曼,迪肯森精通放射化学和结晶化学,托尔曼精通物理化学和数学物理学。在他们的指导下,鲍林进一步拓宽了知识面,建立了合理的知识结构。
鲍林在迪金森的指导下用 X 射线研究晶体结构。图为鲍林当时使用的实验设备。
获得化学哲学博士学位后,鲍林于1926年2月前往欧洲游学。他在索末菲实验室工作一年,又在玻尔实验室工作半年,还曾去拜访薛定谔和德拜。
玻尔、薛定谔、布拉格、德拜和索末菲这些大科学家都是当时站在科学前沿的人,正是在这些名师指点下,鲍林摸清了当时科学发展的脉络找到了化学所面临的突破口。这为他后来能把量子力学运用到化学中去解决分子结构和化学键本质中的重大难题奠定了基础。
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1925年,鲍林把全部的注意力放在了化学键的本质研究上。
当时正值量子力学发展之际,鲍林敏锐地感觉到,这个没多少人能看懂的新理论,将会改变人们对物质结构的认知。鲍林从量子力学的原则出发,推导了从化学键的长度和排列值到分子和复杂粒子磁性的完整理论,还成功地对原子新的电子结构和相应性质作出了推测。
1931年,鲍林在《美国化学学会学报》上发表了论文《化学键的本质》,自此,鲍林成为了科学界的焦点。这项研究,不但让鲍林成为当时科学界家喻户晓的人物,而且也让人们认识到是量子力学统一了物理和化学这两大领域。运用物理学当中的新发现解释化学中原子键合成分子的过程,无疑是极具创新性的。
《化学键的本质》一出版就成为了经典,被翻译成多国语言。
鲍林提出的杂化轨道理论和共振理论,在现代分子结构理论发展中曾起过重要作用,使人们得以真正认识晶体的结构和性质。他还独创性地提出了一系列原子参数和键参数的概念,如共价半径、金属半径、电负性标度、离子性等。
1954 年秋天,鲍林在康奈尔大学做报告时得知自己获得诺贝尔化学奖的消息。当时一位报社记者在电话里告诉鲍林,其获奖的理由是:“化学键性质研究及其在复杂物质解析中的应用。”鲍林听完咧嘴一笑,他认为诺贝尔奖其实是为了表彰他自 1928 年以来所做的一切工作。
颁奖晚宴之后,鲍林被推选为向以学生为主的观众代表发表演讲,他的精彩演讲被转载到各大报纸上。图为斯德哥尔摩一家媒体用一幅漫画和一句英文标题报道:“莱纳斯· 鲍林教授以他开朗的笑声抢走了诺贝尔宴会的风头。”
上世纪30年代后期,鲍林从血红蛋白入手,开始研究生物大分子。尝试从化学结构角度去剖析蛋白质在免疫反应里的作用机制,这为理解蛋白质的功能以及其在生命活动中的关键作用提供了新的思路和见解。
1953年2月,鲍林和最得力的助手科里(R.B. Corey)发表了论文《核酸的可能结构》,提出了以糖-磷骨架为中心的“三链螺旋模型”。这与沃森和克里克曾经放弃的、错误的“三联模型”非常类似。
鲍林的模型对沃森和克里克也有启示作用,并且在某种意义上加速了他们的研究进展,因为他们要抢在鲍林发现自己的错误并回过头来全力研究 DNA 的结构之前,率先得出一个正确的模型。1953 年 4 月 25 日,沃森和克里克发表了论文《 DNA 双螺旋结构》。1962 年,沃森和克里克因此获得诺贝尔生理学或医学奖。
不久后,鲍林访问剑桥时看到了沃森和克里克的双螺旋结构模型,他认为该结构“出奇的简单却又美丽”。后来鲍林列举了几个原因来解释自己是如何被误导了DNA 的结构,其中包括计算错误的密度数据和缺乏高质量的X射线衍射照片。鲍林将这一事件描述为“一生中最大的失望”。
鲍林天才的一生获得了众多奖项和荣誉,除了两次诺贝尔奖之外,还获得了来自各种组织颁发的五十多枚奖章和奖项,以及数十个大学荣誉学位。爱因斯坦也曾这样评价鲍林:“啊,那人真是个天才!
年纪渐长,这位天才的好斗和防御性逐渐战胜了他的才华和创造力,他开始极力为大剂量维生素疗法背书。可以说,鲍林对大剂量维生素C在全世界的广泛滥用负有主要责任。
1988年9月鲍林在南斯拉夫的维生素 C 制造厂参观。此时的鲍林成为全球维生素保健品行业的精神教父。
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鲍林不仅是一位杰出的科学家,更是一位伟大的和平主义斗士,他始终坚信“科学与和平是有联系的”,“所有的人类,所有的公民,在民主化的进程上,都有责任参与。但几乎每件事都涉及到科学的层面,而核战争、或者一般而言的战争,当然是和科学紧密相关。”
他坚定地认为核战争可能会毁灭地球和人类,因此他倾尽全力投身于和平事业,致力于反对战争,尤其是核战争。
1945 年,广岛与长崎先后遭到原子弹轰炸,这令鲍林深感震惊。此后,他加入了由爱因斯坦担任主席的原子能科学家紧急委员会。该委员会的使命是警告公众研制核武器的危险。
反对核战争的道路充满了困难和挑战,当时美国奉行麦卡锡主义,对鲍林进行了严格的审查,怀疑他是美共分子,限制他出国讲学,干涉他的人身自由。
因为反核运动,1958年6月,杜布里奇找鲍林谈话,要求他辞掉化学系主任一职。几天后,鲍林作出答复,黯然告别了这个21年的职位。图为鲍林在加州理工学院讲课。
然而,鲍林毫不畏惧,坚定地坚持自己反对核武器、呼吁国际合作与和平的行动。1955年,鲍林和爱因斯坦、罗素、约里奥・居里、玻恩等知名科学家签署宣言,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,引起了广泛的关注和响应。
两年后,鲍林亲自起草《科学家反对核实验宣言》,在两周内获得2000多名美国科学家签名,在几个月内,更是有49个国家的11000余名科学家签名,并在禁试协议签订前交给了联合国,向联合国请愿以实际行动推动全球对核问题的关注,并撰写了《不要再有战争》一书,详细说明了核武器对人类的重大威胁。
他还以创办月刊、参加抗议活动等多种方式表达自己的态度。
鲍林参加反核游行示威
终于,在1962年,肯尼迪宴请了包括鲍林在内的49名诺奖得主,以期表达对这个国家最好的知识分子们的尊重。宴会上,两人握手,为了理性的讨论而达成了某种和解。
由于对和平事业的卓越贡献,鲍林在1962年获诺贝尔和平奖,成为唯一两次独享不同奖项的诺奖得主。他以《科学与和平》为题,发表领奖演说。他提到爱因斯坦、罗素等消除核武器的先驱,并呼吁“我相信,随着战争在世界范围的停止,所有国家的社会、政治和经济制度都会得到改善,也是全人类之福。”
1986 年鲍林与他的两枚诺贝尔奖章。泰德· 格策尔(Ted Goertzel)在《莱纳斯· 鲍林:科学与政治人生》中写道:“尽管鲍林在年轻时取得了巨大成功,但他从未满足。他曾两次获得诺贝尔奖,他觉得自己应该获得第三次。”
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化学键的本质
(美)莱纳斯·鲍林 著
卢嘉锡、黄耀曾、曾广植、陈元柱 等 译校
将量子力学用于分析化学问题
以直观的语言对概念进行阐述
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观点资料来源:《化学键的本质》
科学史上具有划时代意义的一本著作