高中化学 第一章 原子结构与性质 1.2 原子结构与元素性质 鲍林与电负性素材 新人教版选修3.doc

鲍林美国著名化学家，量子化学和结构生物学的先驱者之一。1954年因在化学键方面的工作取得诺贝尔化学奖，1962年因反对核弹在地面测试的行动获得诺贝尔和平奖，成为获得不同诺贝尔奖项的两人之一（另一人为居里夫人）；也是唯一的一位每次都是独立地获得诺贝尔奖的获奖人。鲍林被认为是20世纪对化学科学影响最大的人之一，他所撰写的化学键的本质被认为是化学史上最重要的著作之一。他以量子力学入手分析化学问题，结论却以直观、浅白的概念重新阐述，即便未受量子力学训练的化学家亦可利用准确的直观图像研究化学问题，影响至为深远，比如他所提出的许多概念：电负度、共振理论、价键理论、混成轨域、蛋白质二级结构等概念和理论，如今已成为化学领域最基础和最广泛使用的观念。1914年鲍林进入波特兰的华盛顿高中，高中的求学过程对鲍林影响深远，受到好友的启发，鲍林开始对化学产生浓厚的兴趣。1917年家境贫寒的鲍林进入俄勒冈农学院攻读化学工程专业，1922年他获得学士学位。大学毕业后鲍林申请了加州理工学院的研究生，洽逢美国物理化学学派的宗师诺伊斯刚刚从麻省理工学院来到加州理工学院，鲍林加入了诺伊斯的研究团队，从事x-射线衍射法晶体结构的研究。在加州理工学院，鲍林接触到了热力学、统计力学、动力学、量子力学等物理化学和物理学的基础理论。1925年鲍林以最优等成绩获得物理化学和数学物理博士学位，毕业后的鲍林前往欧洲留学，当时的欧洲是量子理论发展的中心，鲍林在那里接触到了当时物理学界和物理化学界的顶尖人物。1927年，鲍林返回美国，哈佛大学和加州理工学院争相聘请他担任教职，哈佛大学甚至同意依照鲍林的意思建立一个量子化学系，而在那个时代，量子化学还是世人闻所未闻的概念。但是鲍林最终选择了加州理工学院，他在加州理工开设的第一门课程是“波动力学及其在化学上的应用”后来他将这门课的讲义整理成文，于1935年出版了量子力学导论及其在化学中的应用这是历史上第一本以化学家为读者的量子力学教科书。鲍林在加州理工学院一直工作到1963年，其间获得了1954年诺贝尔化学奖。1963年1967年鲍林供职于加州圣巴巴拉民主学院研究中心1967年1969年任职于加州大学圣迭戈分校化学系，1969年1973年任职于斯坦福大学，1973年后，在以他名字命名的鲍林科学和医学研究所从事研究工作直到1994年逝世。（鲍林的大学毕业照）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，人类已知结构的蛋白质大部分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，没有能够看到一副重要的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，提出了螺旋和折叠是蛋白质二级结构的基本构建单元的理论。这一理论成为当代生物化学基本理论之一，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。鲍林曾经提出一个磷酸在内侧，含氮碱基在外侧的“dna三螺旋结构模型”，但是很快的就被指出错误。混成轨域理论鲍林自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层次，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混成轨域概念。混成轨域理论认为，在形成化学键的过程中，原子轨道本身会重新组合，形成混成轨域，以获得最佳的成键效果。根据混成轨域理论，饱和碳原子的四个价层电子轨道，即一个2s轨道和三个2p轨道可线性组合为四个完全对等的sp3混成轨域，量子力学计算显示这四个混成轨域在空间上形成正四面体，从而成功的解释了碳的正四面体结构。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