莱纳斯·卡尔·鲍林

莱纳斯·卡尔·鲍林（1901一1994），美国量子化学家，因提出化学键本质和分子结构的基本原理而获得1954年诺贝尔化学奖。

一、主要贡献

莱纳斯·卡尔·鲍林是美国著名化学家，是诺贝尔奖历史上唯一一个两次单独获得诺贝尔奖的人。第一次是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，这也是他第二次获得诺贝尔奖。

二、生平事迹

鲍林的童年生活充满坎坷，9岁那年，年仅33岁的父亲离开了他们，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。在13岁的时候，鲍林就外出打工，靠挣来的微薄收入，维持家用。虽然在童年时期就已经肩负起了家庭的重担，但鲍林的学习却并没有因此受到太大影响，他利用剩余的一切时间进行学习，甚至比以前更加努力；童年时的生活也培养了他坚毅的品格。

鲍林进入大学后，开始了一段新的生活，为了在学习的同时又能按时按量完成工作补贴家用，他从来不浪费一秒时间，在以后的科学工作当中他也一直保持着这种习惯。由于在化学课程中所展现出的非凡天分以及全优的化学成绩，让他得以在大三时候被俄勒冈农学院聘请为定量化学讲师，这让很多人都感到不可思议。定量化学虽然是化学科目当中的一门基础课，但是对于一名刚刚学完这门课程的学生，马上把学到的知识再讲给其他人听，其难度是可想而知的。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，那些以前学过的知识在重新讲解一遍后，内容就会变得更加丰富。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年夏天，鲍林前往加利福尼亚工学院继续求学，在那里，他跟随托尔曼学习了在量子理论基础上建立的玻尔—索末菲原子模型，这与之前朗缪尔论文中的静态原子模型的不协调性令他感到困惑。后来，他发现分子中原子结合的规律，也就是化学键，是解决这一问题的焦点。1925年开始，鲍林把全部的注意力放在了化学键的本质研究上，但进展缓慢，直到1930年，鲍林才受到启发从量子力学的原则出发，从而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。后来他提出的杂化轨道理论也是他重要的研究成就，完整地解释了甲烷分子 （CH₄）的正四面体结构，并阐述了化学键结合的本质和更为复杂的分子结构。

1954年，瑞典皇家科学院鉴于鲍林在化学键的本质问题和分子结构的基本原理上的杰出贡献，授予了他诺贝尔化学奖。

第二次世界大战结束后，核武器的研究并没有停下脚步，反而有愈演愈烈的趋势。当世界笼罩在核武器的阴影下时，鲍林响应了同样反对核武器研究的爱因斯坦的要求，与一些科学家在1946年成立了“原子科学家紧急委员会”。他还在此后的一段时间内，为了美苏和解而四处发表演说，对美苏两国关于氢弹的研究持反对态度，并在1955年6月联系了51名诺贝尔奖获得者共同发表了一份反对宣言。1958年，他先发表了《不再有战争》一文，又联合本国的2000多名科学家和世界上其他国家的8000多名科学家向联合国呈递了《停止核试验》的请愿书。1963年，鲍林再次被授予诺尔奖，不过这次是诺尔和平奖。鲍林为维护和平而作出的努力，在历尽沧桑之后终于得到了人们的肯定；更值得人敬佩的是，他是世界上唯一一个独享两次诺贝尔奖的人。

三、主要成就

1.价键理论

鲍林自1930年代开始致力于化学键的研究，1931年2月发表价键理论，此后陆续发表相关论文，1939年出版了在化学史上有划时代意义的《化学键的本质》一书。这部书彻底改变了人们对化学键的认识，将其从直观的、臆想的概念升华为定量的和理性的高度，在该书出版后不到30年内，共被引用超过16000次，至今仍有许多高水平学术论文引用该书观点。由于鲍林在化学键本质以及复杂化合物物质结构阐释方面杰出的贡献，他赢得了1954年诺贝尔化学奖。鲍林对化学键本质的研究，引申出了广泛使用的杂化轨道概念。杂化轨道理论认为，在形成化学键的过程中，原子轨道自身回重新组合，形成杂化轨道，以获得最佳的成键效果。根据杂化轨道理论，饱和碳原子的四个价层电子轨道，即一个2S轨道和三个2p轨道喙线性组合成四个完全对等的sp3杂化轨道，量子力学计算显示这四个杂化轨道在空间上形成正四面体，从而成功的解释了甲烷的正四面体结构。

2.电负性

鲍林在研究化学键键能的过程中发现，对于同核双原子分子，化学键的键能会随着原子序数的变化而发生变化，为了半定量或定性描述各种化学键的键能以及其变化趋势，鲍林于1932年首先提出了用以描述原子核对电子吸引能力的电负性概念，并且提出了定量衡量原子电负性的计算公式。电负性这一概念简单、直观、物理意义明确并且不失准确性，至今仍获得广泛应用，是描述元素化学性质的重要指标之一。

3.共振论

鲍林提出的共振论是20世纪最受争议的化学理论之一。也是有机化学结构基本理论之一。为了求解复杂分子体系化学键的薛定谔方程，鲍林使用了变分法。在原子核位置不变的前提下，提出体系所有可能的化学键结构，写出每个结构所对应的波函数，将体系真实的波函数表示为所有可能结构波函数的线性组合，经过变分法处理后，得到体系总能量最低的波函数形式。这样，体系的化学键结构就表示成为若干种不同结构的杂化体，为了形象地解释这种计算结果的物理意义，鲍林提出共振论，即体系的真实电子状态是介于这些可能状态之间的一种状态，分子是在不同化学键结构之间共振的。鲍林将共振论用于对苯分子结构的解释获得成功，使得共振论成为有机化学结构基本理论之一。1950年代，苏联和中国等共产主义国家出于意识形态的考虑，对共振论、现代遗传学等科学理论展开政治批判，共振论被作为唯心主义的典型加以批判。由于这场政治运动的影响，在共产主义国家量子化学的传播和发展几乎陷入停顿。1980年代以后，这些国家的学术界逐渐破除了政治因素对科学的束缚，重新审视和接受共振论的思想。在量子化学领域，随着分子轨道理论的出现和发展，鲍林的化学键理论由于在数学处理上的繁琐和复杂而逐渐处于下风，共振论方法作为一种相对粗糙的近似处理也较少使用了，但是在有机化学领域，共振论仍是解释物质结构，尤其是共轭体系电子结构的有力工具。

4.生物大分子结构和功能

1930年代中期，随着加州理工学院加强其再在生物学领域的发展，鲍林得以接触一批生物学大师，期间鲍林对他原本没有兴趣的生物大分子结构研究产生了兴趣。鲍林在生物大分子领域最初的工作是对血红蛋白结构的确定，并且通过实验首先证实，在得氧和失氧状态下，血红蛋白的结构是不同的，为了进一步精确测定蛋白质结构，鲍林首先想到他早期从事的x-射线衍射晶体结构测试的方法，他将这种方法引入到蛋白质结构测定中来，并且推导了经衍射图谱计算蛋白质中重原子坐标的公式。至今通过蛋白质结晶，进行x-射线衍射实验仍然是测定蛋白质三级结构的主要方法，人类已知结构的绝大部分蛋白质都是经由这种方法测定获得的。结合血红蛋白的晶体衍射图谱，鲍林提出蛋白质中的肽链在空间中是呈螺旋形排列的，这就是最早的α 螺旋结构模型，有科学史学者认为沃森和克里克提出的DNA双螺旋结构模型就是受到了鲍林的影响，而鲍林之所以没有提出双螺旋，是因为他在1950年代受到美国麦卡锡主义的影响，错过了一次在英国举行的学术会议，没有能够看到一幅重要的DNA晶体衍射图谱。1951年鲍林结合他在血红蛋白进行的实验研究，以及对肽链和肽平面化学结构的理论研究，提出了α螺旋和β折叠是蛋白质二级结构的基本构建单元的理论。这一理论成为20世纪生物化学若干基本理论之一，影响深远。此外，鲍林还提出了酶催化反应的机理、抗原与抗体结构互补性原理以及DNA复制过程中的互补性原理，这些理论在20世纪的生物化学和医学领域都扮演了非常重要的角色。

1994年8月19日，美国著名学者莱纳斯·鲍林以93岁高龄在他加利福尼亚州的家中逝世。鲍林是惟一一位先后两次单独获得诺贝尔奖的科学家。曾被英国《新科学家》周刊评为人类有史以来20位最杰出的科学家之一，与牛顿、居里夫人及爱因斯坦齐名。然而，路透社在报道鲍林逝世的消息时却说，他是“20世纪最受尊敬和最受嘲弄的科学家之一”。

四、主要著作

《量子力学导论》

《化学键的本质》

《告别战争：我们的未来设想》

《现代结构化学》

《分子的结构》

《维生素C和普通感冒》

《线光谱结构》

《化学》