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第18章 化学家的故事(18)

谢苗诺夫出生于19世纪末的萨拉多夫。少年时代受过良好的教育,早在中小学阶段,他就对物理学和化学有着浓厚的兴趣,他学习认真,成绩优异。有一次,为了火柴为什么会燃烧的事情,他买了许多材料进行实验,最后竟将自己烧伤。

21岁时,谢苗诺夫就以优异的成绩毕业于彼得格勒大学数学力学系。这段大学生活为他打下了良好的数学和物理学基础,也为他以后在理论化学方面的深入研究创造了条件,使他的知识结构优于一般化学家。

谢苗诺夫很早就研究化学动力学问题,20岁时,他就曾发表过这方面的多篇学术论文,论文中详尽地阐述了原子、分子的相互碰撞问题。此后,对化学反应动力学和化学反应历程的研究成了他科学活动的基础和中心,他对链式反应历程做了深入而全面的研究。

谢苗诺夫在创立链式分支反应理论时,曾深入研究和采用了前人的研究成果,他认真考察和分析了历史上各位著名化学家提出链式反应的思想,同时,他还把这种研究和化学实验与化学工业结合起来,成为理论联系实际的光辉范例。

谢苗诺夫的链式分支反应理论,能够正确地说明链式反应如何开始,如何进行以及反应过程中的复杂变化和可能的方向。同时,还能得出关于反应速度的许多有价值的绪论。在谢苗诺夫的链式分支反应理论的指导下,甚至还能做到调控反应过程,使化学反应在希望的方向上进行,所以,他的这一辉煌成果,不仅可用来指导完善现有的化学工艺,而且还可以指导研究新的化学工艺。

因此化学家们一致认为:“谢苗诺夫的分支链式反应理论是理论化学研究的一个里程碑。”

谢苗诺夫的理论深化了人们对复杂化学过程的认识,揭示了化学过程不同于物理过程的本质,指明了化学反应复杂过程的过程和机理,这在认识论和方法论上也有重大的意义,谢苗诺夫及把理论研究和应用研究有机地统一起来,促进了科学的进步和技术的发展。

谢苗诺夫倡导各种不同专业的科学家互相协作,他认为,化学理论的研究应当和其他自然科学互相联系、互相渗透,要积极采用其他自然科学的理论方法,特别要注意积极采用数学和物理学的理论方法。他还指出,各种专家协同研究重大课题,对新技术革命和科学的未来具有重大意义。

作为一个世界著名的科学家,谢苗诺夫曾多次强调科学要为人类的幸福和社会的进步服务,主张防止把科学成果用于危害人类的安全。他在荣获诺贝尔奖金时发表的演讲的最后,向全世界科学家们呼吁,“世界科学家共同努力,要使科学为世界的进步利益和人类的幸福做出积极贡献。”

谢苗诺夫还是一位出色的教育家,他的教育思想和他的科学思想是一致的,主张理论联系实际。他要求他的学生和其他青年科技工作者,无论是做教学工作的还是研究工作的,都不应把自己死死地限制在课堂上或者实验室里,要做到理论联系实际,要努力解决国家和民族最急需最紧迫的问题,要使科学成果迅速转化为直接生产力。

1956年,瑞典科学院和诺贝尔基金会,为了表彰谢苗诺夫和英国化学家欣谢乌德在化学反应动力学和反应历程研究中所取得的成就,让他两人分享了该年度的诺贝尔化学奖。谢苗诺夫是获得这种最高国际科学奖的第三位俄国学者,也是苏联建国后第一位荣获这种奖的科学家。

化学大师谢苗诺夫不仅在化学上取得了极高的成就,还是一个成功的教育家,更是一个著名的社会活动家。青少年也应该像谢苗诺夫那样全面发展自己。

追求和平的化学大师鲍林

鲍林,美国著名的量子化学家。因为其在化学的多个领域的重大贡献,获得1954年诺贝尔化学奖;并于1962年获得诺贝尔和平奖。

鲍林出生在20世纪初的美国俄勒冈州波特兰市。鲍林的家境很不好,父亲只是一位一般的药剂师,母亲多病。家中经济收入微薄,居住条件也很差。鲍林幼年聪明好学,11岁认识了心理学教授捷夫列斯,捷夫列斯有一所私人实验室,他曾给幼小的鲍林做过许多有意思的化学演示实验,这使鲍林从小萌生了对化学的热爱,这种热爱使他走上了研究化学的道路。他立志当一名化学家,经常埋头在实验室里做化学实验。

16岁时,鲍林以优异的成绩考入俄勒冈州农学院化学工程系。21岁,鲍林以优异的成绩大学毕业,同时,考取了加州理工学院的研究生,导师是著名化学家诺伊斯。诺伊斯擅长物理化学和分析化学,知识非常渊博。对学生循循善诱,为人和蔼可亲,学生们评价他“极善于鼓动学生热爱化学”。

诺伊斯告诉鲍林,不要只停留在书本知识上,应当注重独立思考,同时要研究与化学有关的物理知识。诺伊斯十分赏识鲍林,并把鲍林介绍给许多知名化学家,使他很快地进入了学术界的社会环境中。

鲍林在诺伊斯的指导下,完成的第一个科研课题是测定辉铝矿的晶体结构,鲍林用调射线衍射法,测定了大量的数据,最后确定了晶体的结构,这一工作完成得很出色,不仅使他在化学界初露锋芒,同时也增强了他进行科学研究的信心。

24岁时,鲍林以出色的成绩获得化学哲学博士。第二年,鲍林在欧洲的索未菲实验室里工作一年。然后他又到玻尔实验室工作了半年,还到过德拜实验室。这些学术研究,使鲍林对量子力学有了极为深刻的了解,坚定了他用量子力学方法解决化学键问题的信心。

鲍林在探索化学键理论时,遇到了甲烷的正四面体结构的解释问题。为了解释甲烷的正四面体结构,说明碳原子四个键的等价性,鲍林提出了杂化轨道的理论。该理论的根据是电子运动不仅具有粒子性,同时还有波动性,而波又是可以叠加的。所以鲍林认为,碳原子和周围氢原子成键时,所使用的轨道不是原来的s轨道或p轨道,而是二者经混杂、叠加而成的“杂化轨道”,这种杂化轨道在能量和方向上的分配是对称均衡的。杂化轨道理论,很好地解释了甲烷的正四面体结构。

鲍林在研究量子化学和其他化学理论时,创造性地提出了许多新的概念。例如,共价半径、金属半径、电负性标度等,这些概念的应用,对现代化学、凝聚态物理的发展都有巨大意义。同时,在有机化学结构理论中,鲍林还提出过有名的“共振论”。

20世纪30年代,鲍林预言,惰性气体可以与其他元素化合生成化合物。惰性气体原子最外层都被8个电子所填满,形成稳定的电子层,按传统理论不能再与其他原子化合。但鲍林的量子化学观点认为,较重的惰性气体原子,可能会与那些特别易接受电子的元素形成化合物,这一预言,30年后被证实。

鲍林还把化学研究推向生物学,他实际上是分子生物学的奠基人之一,他花了很多时间研究生物大分子,特别是蛋白质的分子结构,20世纪40年代初,他开始研究氨基酸和多肽链,发现多肽链分子内可能形成两种螺旋体。经过研究他进而指出:其中一个螺旋是依靠氢键连接而保持其形状的,也就是长的肽键螺旋缠绕,这是因为在氨基酸长链中某些氢原子形成氢键的结果。作为蛋白质二级结构的一种重要形式,a-螺旋体已在晶体衍射图上得到证实,这一发现为蛋白质空间构象打下了理论基础。这些研究成果,使鲍林于1954年荣获诺贝尔化学奖。

1954年以后,鲍林开始转向大脑的结构与功能的研究,提出了有关麻醉和精神病的分子学基础。鲍林还是第一个提出“分子病”概念的人,他通过研究发现,镰刀形细胞贫血症,就是一种分子病,包括了由突变基因决定的血红蛋白分子的变态。他还研究了分子医学,写了《矫形分子的精神病学》的论文,指出:分子医学的研究,对解开记忆和意识之谜有着决定性的意义。

鲍林学识渊博,兴趣广泛,他曾广泛研究自然科学的前沿课题。他从事古生物和遗传学的研究,希望这种研究能揭开生命起源的奥秘。他于1965年提出原子核模型的设想,他提出的模型有许多独到之处。

鲍林坚决反对把科技成果用于战争,特别反对核战争。他指出:“科学与和平是有联系的,世界已被科学的发明大大改变了,特别是在最近一个世纪。现在,我们增进了知识,提供了消除贫困和饥饿的可能性,提供了显著减少疾病造成痛苦的可能性,提供了为人类利益有效地使用资源的可能性。”他认为,核战争可能毁灭地球和人类,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。

1955,鲍林和世界知名的大科学家爱因斯坦、罗素、约里奥·居里、玻恩等,签署了一个宣言:呼吁科学家们应共同反对发展毁灭性武器,反对战争,保卫和平。1957年5月,鲍林起草了《科学家反对核试验宣言》,该宣言在两周内就有2000多名美国科学家签名,在短短几个月内,就有49个国家的11000余名科学家签名。1958年,鲍林把反核试验宣言交给了联合国秘书长哈马舍尔德,向联合国请愿。同年,他写了《不要再有战争》一书,书中以丰富的资料,说明了核武器对人类的重大威胁。

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