里納斯·卡爾·鮑林

里納斯·卡爾·鮑林

里納斯·卡爾·鮑林是美國化學家,是分子生物學的奠基人之一,曾任加州大學和史丹福大學教授。其一生獲獎無數,曾兩度獲得諾貝爾獎。

里納斯·卡爾·鮑林里納斯·卡爾·鮑林
里納斯·鮑林是美國化學家,曾任加州大學史丹福大學教授。1901年出生於美國俄勒岡州,父親早逝,家境貧寒,從艱苦的生活中磨鍊出了堅強意志和驚人毅力。1925年以歷史上極為罕見的優秀成績獲加州大學工學院博士學位。
他所提出的結構理論:電負性概念和計算、原子軌道雜化理論和價繼學說至今仍是結構化學中的套用最廣的理論之一,他又是量子化學的創始人之一,為確定蛋白質的雙螺鏇結構起了不可磨滅的作用。
鮑林,1954年榮獲諾貝爾化學獎,1962年又獲諾貝爾和平獎。他所獲獎項不可勝數,僅獎章就在百枚以上。
鮑林曾於1973年,81年兩度來華訪問,對我國比較友好。

站在科學前沿的巨人

鮑林是著名的量子化學家,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。

1901年2月18日,鮑林出生在美國俄勒岡州波特蘭市。幼年聰明好學,11歲認識了心理學教授捷夫列斯,捷夫列斯有一所私人實驗室,他曾給幼小的鮑林做過許多有意思的化學演示實驗,這使鮑林從小萌生了對化學的熱愛,這種熱愛使他走上了研究化學的道路。

鮑林在讀中學時、各科成績都很好,尤其是化學成績一直名列全班第一名。他經常埋頭在實驗室里做化學實驗,立志當一名化學家。 1917年,鮑林以優異的成績考入俄勒岡州農學院化學工程系,他希望通過學習大學化學最終實現自己的理想。鮑林的家境很不好,父親只是一位一般的藥劑師,母親多病。家中經濟收入微薄,居住條件也很差。於經濟困難,鮑林在大學曾停學一年,自己去掙學費,復學以後,他靠勤工儉學來維持學習和生活,曾兼任分析化學教師的實驗員,在四年級時還兼任過一年級的實驗課。

鮑林在艱難的條件下,刻苦攻讀。他對化學鍵的理論很感興趣,同時,認真學習了原子物理、數學、生物學等多門學科。這些知識,為鮑林以後的研究工作打下了堅實的基礎。 1922年,鮑林以優異的成績大學畢業,同時,考取了加州理工學院的研究生,導師是著名化學家諾伊斯。諾伊斯擅長物理化學和分析化學,知識非常淵博。對學生循循善誘,為人和藹可親,學生們評價他“極善於鼓動學生熱愛化學”。

諾伊斯告訴鮑林,不要只停留在書本知識上,應當注重獨立思考,同時要研究與化學有關的物理知識1923年,諾伊斯寫了一部新書,名為《化學原理》,此書在正式出版之前,他要求鮑林在一個假期中,把書上的習題全部做一遍。鮑林用了一個假期的時間,把所有的習題都準確地做完了,諾伊斯看了鮑林的作業,十分滿意。諾伊斯十分賞識鮑林,並把鮑林介紹給許多知名化學家,使他很快地進入了學術界的社會環境中。這對鮑林以後的發展十分有用。 鮑林在諾伊斯的指導下,完成的第一個科研課題是測定輝鋁礦(mosz)的晶體結構,鮑林用調射線衍射法,測定了大量的數據,最後確定了mosz的結構,這一工作完成得很出色,不僅使他在化學界初露鋒芒,同時也增強了他進行科學研究的信心。

鮑林在加州理工學院,經導師介紹,還得到了迪肯森、托爾曼的精心指導,迪肯森精通放射化學和結晶化學,托爾曼精通物理化學,這些導師的精心指導,使鮑林進一步拓寬了知識面,建立了合理的知識結構。 1925年,鮑林以出色的成績獲得化學哲學博士。他系統地研究了化學物質的組成、結構、性質三者的聯繫,同時還從方法論上探討了決定論和隨機性的關係。他最感興趣的問題是物質結構,他認為,人們對物質結構的深入了解,將有助於人們對化學運動、的全面認識。

鮑林獲博士學位以後,於1926年2月去歐洲,在索未菲實驗室里工作一年。然後又到玻爾實驗室工作了半年,還到過薛定愕機和德拜實驗室。這些學術研究,使鮑林對量子力學有了極為深刻的了解,堅定了他用量子力學方法解決化學鍵問題的信心。鮑林從讀研究生到去歐洲遊學,所接觸的都是世界第一流的專家,直接面臨科學前沿問題,這對他後來取得學術成就是十分重要的。

1927年,鮑林結束了兩年的歐洲遊學回到了美國,在帕莎迪那擔任了理論化學、的助理教授,除講授量子力學及其在化學中的套用外,還講授晶體化學鄉開設有關化學鍵本質的學術講座。1930年,鮑林再一次去歐洲,到布拉格實驗室學習有關射線的技術,後來又到慕尼黑學習電子衍射方面的技術,回國後,被加州理工學院聘為教授。

鮑林在探索化學鍵理論時,遇到了甲烷的正四面體結構的解釋問題。傳統理論認為,原子在未化合前外層有未成對的電子,這些未成對電子如果自鏇反平行,則可兩兩結成電子對,在原子間形成共價鍵。一個電子與另一電子配對以後,就不能再與第三個電子配對。在原子相互結合成分子時,靠的是原子外層軌道重疊,重疊越多,形成的共價鍵就越穩定一這種理論,無法解釋甲烷的正四面體結構。

為了解釋甲烷的正四面體結構。說明碳原子四個鍵的等價性,鮑休在1928一1931年,提出了雜化軌道的理論。該理論的根據是電子運動不僅具有粒子性,同時還有波動性。而波又是可以疊加的。所以鮑林認為,碳原子和周圍口個氫原子成鍵時,所使用的軌道不是原來的s軌道或p軌道,而是二者經混雜、疊加而成的“雜化軌道”,這種雜化軌道在能量和方向上的分配是對稱均衡的。雜化軌道理論,很好地解釋了甲烷的正四面體結構。

有機化學結構理論中,鮑林還提出過有名的“共振論” 共振論直觀易懂,在化學教學中易被接受,所以受到歡迎,在本世紀40年代以前,這種理論產生了重要影響,但到60年代,在以蘇聯為代表的集權國家,化學家的心理也發生了扭曲和畸變,他們不知道科學自由為何物,對共振論採取了急風暴雨般的大批判,給鮑林扣上了“唯心主義”的帽子。

鮑林在研究量子化學和其他化學理論時,創造性地提出了許多新的概念。例如,共價半徑、金屬半徑、電負性標度等,這些概念的套用,對現代化學、凝聚態物理的發展都有巨大意義。 1932年,鮑林預言,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個電子所填滿,形成穩定的電子層按傳統理論不能再與其他原子化合。但鮑林的量子化學觀點認為,較重的惰性氣體原子,可能會與那些特別易接受電子的元素形成化合物,這一預言,在1962年被證實。

鮑林還把化學研究推向生物學,他實際上是分子生物學的奠基人之一,他花了很多時間研究生物大分子,特別是蛋自質的分子結構,本世紀40年代初,他開始研究胺基酸和多肽鏈,發現多肽鏈分子內可能形成兩種螺鏇體,一種是a -螺鏇體,一種是g -螺鏇體。經過研究他進而指出:一個螺鏇是依靠氫鍵連線而保持其形狀的,也就是長的肽鍵螺鏇纏繞,是因為在胺基酸長鏈中,某些氫原子形成氫鍵的結果。作為蛋白質二級結構的一種重要形式,a -螺鏇體,已在晶體衍射圖上得到證實,這一發現為蛋白質空間構像打下了理論基礎。這些研究成果,是鮑林1954年榮獲諾貝爾化學獎的項目。

1954年以後,鮑林開始轉向大腦的結構與功能的研究,提出了有關麻醉和精神病的分子學基礎。他認為,對精神病分子基礎的了解,有助於對精神病的治療,從而為精神病患者帶來福音。鮑林是第一個提出“分子病”概念的人,他通過研究發現,鐮刀形細胞貧血症,就是一種分子病,包括了由突變基因決定的血紅蛋白分子的變態。即在血紅蛋白的眾多胺基酸分子中,如果將其中的一個谷氨酸分子用纈氨酸替換,就會導致血紅蛋白分子變形,造成鐮刀形貧血病。鮑林通過研究,得出了鐮刀形紅細胞貧血症是分子病的結論。他還研究了分子醫學,寫了《矯形分子的精神病學》的論文,指出:分子醫學的研究,對解開記憶和意識之謎有著決定性的意義。 鮑林學識淵博,興趣廣泛,他曾廣泛研究自然科學的前沿課題。他從事古生物和遺傳學的研究,希望這種研究能揭開生命起源的奧秘。他述於1965年提出原子核模型的構想,他提出的模型有許多獨到之處。

鮑林堅決反對把科技成果用於戰爭,特別反對核戰爭。他指出:“科學與和平是有聯繫的,世界已被科學的發明大大改變了,特別是在最近一個世紀。現在,我們增進了知識,提供了消除貧困和飢餓的可能性,提供了顯著減少疾病造成的痛苦的可能性,提供了為人類利益有效地使用資源的可能性。”他認為,核戰爭可能毀滅地球和人類,他號召科學家們致力於和平運動,鮑林傾注 了很多時間和精力研究防止戰爭、保衛和平的問題。他為和平事業所作的努力,遭到美國保守勢力的打擊,50年代初,美國奉行麥卡錫主義,曾對他進行過嚴格的審查,懷疑他是美共分子,限制他出國講學,干涉他的人身自由。1954年,鮑林榮獲諾貝爾化學獎以後,美國政府才被迫取消了對他的出國禁令。

1955,鮑林和世界知名的大科學家愛因斯坦、羅素、約里奧·居里、玻恩等,簽署了一個宣言:呼籲科學家應共同反對發展毀滅性武器,反對戰爭,保衛和平。1957年5月,鮑林起草了《科學家反對核實驗宣言》,該宣言在兩周內就有2000多名美國科學家簽名,在短短几個月內,就有49個國家的11000餘名科學家簽名。1958年,鮑林把反核實驗宣言交給了聯合國秘書長哈馬舍爾德,向聯合國請願。同年,他寫了《不要再有戰爭》一書,書中以豐富的資料,說明了核武器對人類的重大威脅。

1959年,鮑林和羅素等人在美國創辦了《一人少數》月刊,反對戰爭,宣傳和平。同年8月,他參加了在日本廣島舉行的禁止核子彈氫彈大會。由於鮑林對和平事業的貢獻,他在1962年榮獲了諾貝爾和平獎。他以《科學與和平》為題,發表了領獎演說,在演說中指出:“在我們這個世界歷史的新時代,世界問題不能用故爭和暴力來解決,而是按著對所有人都公平,對一切國家都平等的方式,根據世界法律來解決。”最後他號召:“我們要逐步建立起一個對全人類在經濟、政治和社會方面都公正合理的世界,建立起一種和人類智慧相稱的世界文化。” 鮑林是一位偉大的科學家與和平戰士,他的影響遍及全世界。

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