在炼金术之后:诺贝尔化学奖获得者100年图说:全彩视图本

第65章 1966年度 罗伯特·马利肯

　　因创立分子轨道理论并阐明分子共价键本质和电子结构而荣获1966年诺贝尔化学奖

　　罗伯特·马利肯（美国，1896～1986年），1896年6月7日生于马萨诸塞州纽伯里波特，1917年获麻省理工学院学士学位，1921年获芝加哥大学物理化学博士学位。1921年至1925年任职于美国研究理事会。1926年至1928年执教于纽约州立大学，1928后返回母校任芝加哥大学物理学、物理化学教授直至1961年退休。

　　物质都是原子构成，原子间存在化学键。化学键可分为离子键、共价键、金属键三种。比如，我们常吃的盐（氯化钠，NaCl）中氯离子与钠离子间存在离子键；水分子（H2O）中氢与氧之间形成共价键；而金属铁（Fe）原子间的键是金属键。物质不同，键的类型不同。这些键的本质是什么，该如何解释。科学家对这些问题的争论长达几十年。

　　1931年，鲍林基于量子理论创造了价键理论。其核心是分子是不同原子的叠合体；原子间通过键结合，而键是由定位于两个原子核间的若干个电子形成的电子体系；键的数目等于元素的价数。因此，鲍林学派又被称为价键学派。价键理论重点在于成键原子间最外层轨道中未成对电子在形成化学键时的贡献，可成功解释共价分子的空间构型。但它没有考虑成键原子内层电子在成键时的贡献，而内外层电子同时考虑显然更符合成键的实际情况。

　　1932年，马利肯和德国化学家洪德提出了一种新的共价键理论——分子轨道理论。马利肯认为，分子是一个不可分割的整体，其特有的性态只能从分子本身来加以解释。通过研究分子吸收和发射光谱，他确信不应将键结合的电子看成固定在某一定域，而是分布在整个表面，这样才能更好地解释分子的性态。

　　鲍林是一个极富魅力的演说家，他懂得怎样使化学家接受他的价键理论。这使得他的理论在20世纪30年代和40年代早期日益流行。到了20世纪40年代，价键理论已经征服了整个化学界。在这方面，马利肯根本无法与鲍林竞争。一方面，他理论的基本概念过于深奥，使很多化学家望而却步；另一方面，他是一个蹩脚的信息传播者，太精确、太数学化、太多的严格性使他的理论变得十分枯燥乏味。在芝加哥大学，他讲课的效果极差，学生也感到厌倦。他深邃的洞察力被笼罩在艰涩阴沉的理论迷雾中，使人摸不着头脑。相反，鲍林讲课时教室里人满为患。同时，鲍林轻视马利肯的理论，鲍林倒并不认为他的理论是错误的，而是认为价键理论对化学家更实用且更适合于教学，而分子轨道只能把学生搞糊涂。

　　20世纪40年代后期，越来越多的人开始学习量子力学基础和更多的数学知识，以便在未来的化学研究中取得更好的成果。他们在马利肯的分子轨道理论中找到了所需的东西。“二战”结束后，量子化学朝着严格的定量化科学方向发展。在英国，少数影响颇大的量子化学家开始发展马利肯的分子轨道理论，并进行积极推广。通过对量子化学的深入研究，两大理论的创始者与追随者发现分子轨道理论和价键理论的核心内容在本质上是一致的；而分子轨道理论学派为分子的定量化研究提出了更简单、更有用的工具。科学潮流开始从价键理论转向分子轨道理论。

　　1948年，在法国举行的一次辩论会上，马利肯的发言时间跟鲍林一样长。这说明了他的分子轨道理论已经产生了巨大的影响。由于马利肯在分子轨道理论领域里的耐心耕耘与不断完善，其方法更加适应新一代化学家的需要。

　　马利肯主要从事结构化学和同位素方面的研究。1922年，马利肯分离出汞的同位素，并阐述其分离方法。1928年，马利肯提出分子轨道理论，1952年他用量子力学理论阐明了原子结合成分子时的电子轨道，从而进一步完善和发展了分子轨道理论。分子轨道理论对于处理多原子π键体系、解释离域和诱导效应等方面问题，更准确地反映客观实际，可解决价键理论所无法解决的问题。马利肯因研究化学键和分子中的电子轨道方面的贡献而获得1966年诺贝尔化学奖。1986年10月3日，马利肯逝世于阿灵顿。