萊納斯•卡爾•鮑林

共振論:鮑林提出的共振論是20世紀最受爭議的化學理論之一。 鮑林將共振論用於對苯分子結構的解釋獲得成功,使得共振論成為有機化學結構基本理論之一。 1951年鮑林結合他在血紅蛋白進行的實驗研究,以及對肽鏈和肽平面化學結構的理論研究,提出了α螺旋和β摺疊是蛋白質二級結構的基本構建單元的理論。

簡介

萊納斯•卡爾•鮑林(Linus Carl Pauling 1801. 2.28-1994.8.19)著名的量子化學家,他在化學的多個領域都有過重大貢獻。

曾兩次榮獲諾貝爾獎金(1954年化學獎, 1962年和平獎),有很高的國際聲譽。

學術貢獻

主要要學術貢獻有:
價鍵理論:鮑林自1930年代開始致力於化學鍵的研究,1931年2月發表價鍵理論,此後陸續發表相關論文,1939年出版了在化學史上有劃時代意義的《化學鍵的本質》一書。這部書徹底改變了人們對化學鍵的認識,將其從直觀的、臆想的概念升華為定量的和理性的高度,在該書出版後不到30年內,共被引用超過16000次,至今仍有許多高水平學術論文引用該書觀點。由於鮑林在化學鍵本質以及複雜化合物物質結構闡釋方面傑出的貢獻,他贏得了1954年諾貝爾化學獎。 鮑林對化學鍵本質的研究,引申出了廣泛使用的雜化軌道概念。雜化軌道理論認為,在形成化學鍵的過程中,原子軌道自身回重新組合,形成雜化軌道,以獲得最佳的成鍵效果。根據雜化軌道理論,飽和碳原子的四個價層電子軌道,即一個2S軌道和三個2P軌道喙線性組合成四個完全對等的sp3雜化軌道,量子力學計算顯示這四個雜化軌道在空間上形成正四面體,從而成功的解釋了碳的正四面體結構。
電負性:鮑林在研究化學鍵鍵能的過程中發現,對於同核雙原子分子,化學鍵的鍵能會隨著原子序數的變化而發生變化,為了半定量或定性描述各種化學鍵的鍵能以及其變化趨勢,鮑林於1932年首先提出了用以描述原子核對電子吸引能力的電負性概念,並且提出了定量衡量原子電負性的計算公式。電負性這一概念簡單、直觀、物理意義明確並且不失準確性,至今仍獲得廣泛套用,是描述元素化學性質的重要指標之一。
共振論:鮑林提出的共振論是20世紀最受爭議的化學理論之一。也是有機化學結構基本理論之一。為了求解複雜分子體系化學鍵的薛丁格方程,鮑林使用了變分法。在原子核位置不變的前提下,提出體系所有可能的化學鍵結構,寫出每個結構所對應的波函式,將體系真實的波函式表示為所有可能結構波函式的線性組合,經過變分法處理後,得到體系總能量最低的波函式形式。這樣,體系的化學鍵結構就表示成為若干種不同結構的雜化體,為了形象地解釋這種計算結果的物理意義,鮑林提出共振論,即體系的真實電子狀態是介於這些可能狀態之間的一種狀態,分子是在不同化學鍵結構之間共振的。鮑林將共振論用於對苯分子結構的解釋獲得成功,使得共振論成為有機化學結構基本理論之一。 1950年代,蘇聯和中國等共產主義國家出於意識形態的考慮,對共振論、現代遺傳學等科學理論展開政治批判,共振論被作為唯心主義的典型加以批判。由於這場政治運動的影響,在共產主義國家量子化學的傳播和發展幾乎陷入停頓。1980年代以後,這些國家的學術界逐漸破除了政治因素對科學的束縛,重新審視和接受共振論的思想。 在量子化學領域,隨著分子軌道理論的出現和發展,鮑林的化學鍵理論由於在數學處理上的繁瑣和複雜而逐漸處於下風,共振論方法作為一種相對粗糙的近似處理也較少使用了,但是在有機化學領域,共振論仍是解釋物質結構,尤其是共軛體系電子結構的有力工具。
生物大分子結構和功能:930年代中期,隨著加州理工學院加強其再在生物學領域的發展,鮑林得以接觸一批生物學大師,期間鮑林對他原本沒有興趣的生物大分子結構研究產生了興趣。鮑林在生物大分子領域最初的工作是對血紅蛋白結構的確定,並且通過實驗首先證實,在得氧和失氧狀態下,血紅蛋白的結構是不同的,為了進一步精確測定蛋白質結構,鮑林首先想到他早期從事的x-射線衍射晶體結構測試的方法,他將這種方法引入到蛋白質結構測定中來,並且推導了經衍射圖譜計算蛋白質中重原子坐標的公式。至今通過蛋白質結晶,進行x-射線衍射實驗仍然是測定蛋白質三級結構的主要方法,人類已知結構的絕大部分蛋白質都是經由這種方法測定獲得的。 結合血紅蛋白的晶體衍射圖譜,鮑林提出蛋白質中的肽鏈在空間中是呈螺旋形排列的,這就是最早的α 螺旋結構模型,有科學史學者認為沃森和克里克提出的DNA雙螺旋結構模型就是受到了鮑林的影響,而鮑林之所以沒有提出雙螺旋,是因為他在1950年代受到美國麥卡錫主義的影響,錯過了一次在英國舉行的學術會議,沒有能夠看到一副重要的DNA晶體衍射圖譜。 1951年鮑林結合他在血紅蛋白進行的實驗研究,以及對肽鏈和肽平面化學結構的理論研究,提出了α螺旋和β摺疊是蛋白質二級結構的基本構建單元的理論。這一理論成為20世紀生物化學若干基本理論之一,影響深遠。 此外,鮑林還提出了酶催化反應的機理、抗原與抗體結構互補性原理以及DNA複製過程中的互補性原理,這些理論在20世紀的生物化學和醫學領域都扮演了非常重要的角色。
1994年8月19日,美國著名學者萊納斯•鮑林以93歲高齡在他加利福尼亞州的家中逝世。鮑林是惟一一位先後兩次單獨獲得諾貝爾獎的科學家。

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