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一

人物生平

1901年2月18日，鮑林出生于美國(guó)西海岸的俄勒岡州波特蘭市，他的家境并不寬裕，父親是當(dāng)?shù)匾幻巹熞彩羌抑袃H有的經(jīng)濟(jì)來(lái)源，然而父親在他年幼之時(shí)突然因病離世，家境也因此急劇惡化。盡管生活艱難，鮑林卻并未意志消沉，他在打工貼補(bǔ)家用的同時(shí)堅(jiān)持學(xué)習(xí)，并且對(duì)化學(xué)表現(xiàn)出極其濃厚的興趣。

1917年，鮑林考入俄勒岡州農(nóng)學(xué)院化學(xué)工程系，一度因家境困難輟學(xué)，1922年順利獲得學(xué)士學(xué)位后他又考入加州理工學(xué)院跟隨當(dāng)時(shí)著名的化學(xué)家諾伊斯（Noyes）從事晶體X射線(xiàn)衍射研究，并成功完成了輝鉬礦（MoS2）晶體的全測(cè)定工作。1925年，鮑林獲得化學(xué)哲學(xué)博士學(xué)位后又相繼在歐洲多個(gè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室從事學(xué)習(xí)和研究工作，也正是在那時(shí)候鮑林接觸到新興的量子力學(xué)理論和現(xiàn)代物理測(cè)試方法，為他后來(lái)提出化學(xué)鍵理論奠定了重要基礎(chǔ)。此后，鮑林便任教于母校加州理工學(xué)院，1969年又擔(dān)任斯坦福大學(xué)化學(xué)教授，他一生所涉領(lǐng)域頗多，也犯過(guò)錯(cuò)誤，但絲毫不能掩蓋他在科學(xué)史上光輝的一面，1994年8月19日鮑林在自家農(nóng)場(chǎng)去世，走完了他非凡的一生。

圖1 青年時(shí)代的鮑林

二

化學(xué)鍵本質(zhì)的探索者

鮑林對(duì)化學(xué)的最大貢獻(xiàn)當(dāng)屬他對(duì)化學(xué)鍵本質(zhì)的研究及其在物質(zhì)結(jié)構(gòu)方面的應(yīng)用，這也正是他青年時(shí)代起就非常感興趣的研究?jī)?nèi)容。物理學(xué)家建立原子結(jié)構(gòu)模型后不久，美國(guó)化學(xué)家路易斯（G. N. Lewis）提出“共用電子對(duì)”達(dá)到稀有氣體穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的電子模型，幾年后朗繆爾（I. Langmuir）接受和發(fā)展了路易斯的觀點(diǎn)，提出以“共價(jià)鍵”來(lái)表示共用的一對(duì)電子。然而他們?nèi)匀徊荒芸茖W(xué)地闡釋化學(xué)鍵的本質(zhì)，即無(wú)法解釋原子之間為何會(huì)選擇“共享”電子，將本該相互排斥的電子牢牢結(jié)合在一起的“力”又是什么呢？

圖2 美國(guó)化學(xué)家G. N. Lewis和I. Langmuir

受限于舊量子論，路易斯-朗繆爾的共價(jià)鍵理論本質(zhì)上是個(gè)靜態(tài)模型，不但無(wú)法闡明成鍵本質(zhì)更無(wú)法解釋氫分子（H2）獨(dú)特的光譜現(xiàn)象。1927年，德國(guó)化學(xué)家海特勒（W. H. Heitler）和倫敦（F. W. London）創(chuàng)造性地將量子力學(xué)方法用于處理氫分子，標(biāo)志著量子化學(xué)的誕生，也奠定了近代價(jià)鍵理論的基礎(chǔ)。海特勒-倫敦的計(jì)算結(jié)果表明，由于電子的波動(dòng)性，原子間波的干涉作用使得原子軌道重疊區(qū)域電子密度增大，自旋相反的單電子（未成對(duì)電子）在相互接近過(guò)程中彼此呈現(xiàn)相互吸引的作用，并使體系能量降低，這也解決了化學(xué)鍵的本質(zhì)問(wèn)題。

圖3 德國(guó)化學(xué)家W. H. Heitler和F. W. London

上述理論被稱(chēng)為價(jià)鍵理論（ValenceBondTheory），俗稱(chēng)的VB法，也時(shí)常被稱(chēng)作電子配對(duì)理論。它在解釋共價(jià)鍵的方向性和飽和性以及定性討論分子結(jié)構(gòu)方面取得很大成功，但理論初期的不完善性也顯露無(wú)疑，例如有些分子的鍵角明顯偏離原子軌道之間的夾角，有些原子的成鍵數(shù)目大于價(jià)層軌道中未成對(duì)電子數(shù)，VB法在解釋這些現(xiàn)象時(shí)顯得無(wú)能為力。

為了解釋多原子分子的空間結(jié)構(gòu)，鮑林于1931年在VB法的基礎(chǔ)上創(chuàng)造性地提出了雜化軌道理論（Hybrid Orbital Theory），合理解釋了甲烷分子（CH4）的四面體構(gòu)型，進(jìn)一步豐富和發(fā)展了VB理論。為了衡量化合物中原子對(duì)“成鍵電子對(duì)（鍵合電子）”的吸引能力，鮑林又率先提出“電負(fù)性”概念，他以熱化學(xué)和鍵能數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，系統(tǒng)給出了電負(fù)性標(biāo)度數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)至今仍被廣泛采用，在預(yù)測(cè)化合物及化學(xué)鍵的離子性或共價(jià)性程度上發(fā)揮了重要作用。

圖4 雜化軌道理論對(duì)甲烷分子成鍵的解釋

除了以上貢獻(xiàn)，還需要指出的是，鮑林是“共振論”的創(chuàng)始人。諸如苯（C6H6）、臭氧（O3）分子在內(nèi)的不少分子需要用兩個(gè)或更多價(jià)鍵結(jié)構(gòu)才能給出滿(mǎn)意的描述，因此鮑林認(rèn)為正是這些價(jià)鍵結(jié)構(gòu)之間的“共振”才完整構(gòu)成了分子的真正結(jié)構(gòu)。然而“共振論”問(wèn)世后的數(shù)十年中，爭(zhēng)論不休，褒貶不一，上世紀(jì)50年代初，蘇聯(lián)學(xué)者曾以“唯心論”和“機(jī)械論”從哲學(xué)方面對(duì)它進(jìn)行簡(jiǎn)單化的錯(cuò)誤批判，這種批判也影響到后來(lái)的中國(guó)學(xué)術(shù)界。站在現(xiàn)代化學(xué)角度來(lái)看，“共振論”確有其弊端，但它畢竟與主流的分子軌道理論相比更加簡(jiǎn)明直觀，在定性解釋化合物的某些性質(zhì)上依然實(shí)用，因而它并未完全退出歷史舞臺(tái)，國(guó)內(nèi)外教科書(shū)及文獻(xiàn)著作中“共振論”依然被廣泛采用。

圖5 苯分子和二氧化氮分子的“共振”結(jié)構(gòu)

鮑林自上世紀(jì)30年代開(kāi)始致力于化學(xué)鍵的研究，1931年2月發(fā)表價(jià)鍵理論，此后陸續(xù)發(fā)表相關(guān)論文，1939年出版了化學(xué)史上具有劃時(shí)代意義的《化學(xué)鍵的本質(zhì)》一書(shū)。該書(shū)徹底改變了人們對(duì)化學(xué)鍵的認(rèn)識(shí)，將其從直觀的、臆想的概念升華為定量的和理性的層次，由于鮑林在化學(xué)鍵本質(zhì)以及復(fù)雜化合物物質(zhì)結(jié)構(gòu)闡釋方面杰出的貢獻(xiàn)，他贏得了1954年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

三

生物學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的先行者

鮑林前期的主要研究?jī)?nèi)容是化學(xué)鍵理論，從中后期開(kāi)始他的研究領(lǐng)域逐漸拓展到生物學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。1937年起，他便開(kāi)始對(duì)氨基酸和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，并正式確定蛋白質(zhì)的a-螺旋體結(jié)構(gòu)——這是蛋白質(zhì)研究領(lǐng)域的重大突破，也為后來(lái)確定DNA結(jié)構(gòu)創(chuàng)造了條件也提供了理論依據(jù)。盡管鮑林最終沒(méi)能正確揭示DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，還和生物學(xué)家沃森、克里克有過(guò)關(guān)于DNA真實(shí)結(jié)構(gòu)的爭(zhēng)論，但無(wú)法否認(rèn)他為后續(xù)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所奠定的重要基礎(chǔ)。

圖 6蛋白質(zhì)的a-螺旋體結(jié)構(gòu)（左）、DNA結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)者沃森和克里克（中）、DNA和RNA的螺旋結(jié)構(gòu)（右）（圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)）

1945年，鮑林開(kāi)始了他對(duì)“分子病”的研究，當(dāng)時(shí)人們普遍認(rèn)為鐮刀型細(xì)胞貧血癥僅僅是由紅細(xì)胞變形引起的典型的細(xì)胞型疾病，鮑林卻敏銳地意識(shí)到該疾病極有可能是一種血紅蛋白分子的疾病。為此他借助電泳技術(shù)成功發(fā)現(xiàn)正常與異常血紅蛋白在相同電場(chǎng)中表現(xiàn)出的遷移速度差異，1949年11月鮑林在Science上發(fā)表論文，詳細(xì)討論了異常血紅蛋白與正常血紅蛋白的差異，并且討論了疾病成因和遺傳機(jī)制等問(wèn)題。鮑林對(duì)鐮刀型細(xì)胞血紅蛋白的研究第一次展示了這種疾病的分子基礎(chǔ)，也是真正意義上第一次提出“分子病”的概念，吸引了后續(xù)醫(yī)學(xué)科研人員從分子層次上進(jìn)行疾病研究。

圖 7 正常的血紅蛋白（圓餅狀）和鐮刀型細(xì)胞貧血癥異常血紅蛋白（圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)）

四

堅(jiān)定的和平主義者

20世紀(jì)50年代，二戰(zhàn)結(jié)束后不久，鮑林特別關(guān)注世界范圍內(nèi)的戰(zhàn)爭(zhēng)與和平問(wèn)題。那時(shí)世界各國(guó)都在頻繁地進(jìn)行核試驗(yàn)，鮑林意識(shí)到核輻射對(duì)人類(lèi)生存及健康造成的巨大威脅，1955年他聯(lián)合愛(ài)因斯坦等科學(xué)家，反對(duì)研究和生產(chǎn)毀滅性武器。1958年，他又撰寫(xiě)了《不要再有戰(zhàn)爭(zhēng)》一書(shū)，書(shū)中以豐富的資料，說(shuō)明了核武器對(duì)人類(lèi)的重大威脅。1962年，鮑林因在反對(duì)核武器試驗(yàn)上做出的努力獲得諾貝爾和平獎(jiǎng)，成為繼居里夫人之后第二位獲得不同諾貝爾獎(jiǎng)項(xiàng)的科學(xué)家，也是僅有的每次都是獨(dú)立獲獎(jiǎng)的人。

圖 8 鮑林撰寫(xiě)的《不要再有戰(zhàn)爭(zhēng)一書(shū)》

五

毀譽(yù)參半的“維生素之爭(zhēng)”

20世紀(jì)60年代，美國(guó)突然掀起一股維生素?zé)岢?，而這股熱潮的制造者正是鮑林。他認(rèn)為維生素C能夠增強(qiáng)人體免疫系統(tǒng)，對(duì)感冒有顯著療效，他更指出服用大劑量的維生素C還可使癌癥得到緩解。為此，他做了大量的研究和宣傳工作，人們對(duì)這位科學(xué)家深信不疑，霎時(shí)間維生素C成為“明星分子”。此外，鮑林還認(rèn)為維生素C是一種常見(jiàn)的“正分子”并大肆宣揚(yáng)所謂“正分子醫(yī)學(xué)”，然而這一觀點(diǎn)嚴(yán)重挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)認(rèn)知，被認(rèn)為是對(duì)傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)的威脅，時(shí)至今日也從未得到主流醫(yī)學(xué)界的認(rèn)可。

圖 9 商品化的維生素C和它的結(jié)構(gòu)式（圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)）

盡管鮑林的說(shuō)法得到普通民眾的熱烈追捧，卻一直未得到醫(yī)學(xué)界和營(yíng)養(yǎng)學(xué)界的認(rèn)可，反對(duì)和批評(píng)之聲不絕于耳，昔日的“科學(xué)巨匠”也被攻擊為“江湖庸醫(yī)”，他也被視為“偽科學(xué)傳播者”。時(shí)至今日，對(duì)于鮑林晚年極力推崇維生素C的爭(zhēng)議仍未完全退卻，學(xué)界也沒(méi)有對(duì)維生素C的保健作用和服用劑量等達(dá)成共識(shí)?？陀^來(lái)說(shuō)，無(wú)論爭(zhēng)議的具體焦點(diǎn)如何，維生素對(duì)生命有機(jī)體的重要作用仍不失為20世紀(jì)的重要發(fā)現(xiàn)之一，這是毋庸置疑、也是無(wú)可爭(zhēng)議的。

六

結(jié)束語(yǔ)

鮑林一生對(duì)化學(xué)的貢獻(xiàn)頗多，對(duì)年輕一代化學(xué)家的影響也極其深遠(yuǎn)，他十分關(guān)切我國(guó)的化學(xué)事業(yè)，曾于1973年和1981年兩度對(duì)我國(guó)進(jìn)行學(xué)術(shù)訪問(wèn)和交流，著名化學(xué)家唐有祺和盧嘉錫先生都曾在鮑林指導(dǎo)下研究和學(xué)習(xí)。

從現(xiàn)代化學(xué)的進(jìn)程來(lái)評(píng)價(jià)鮑林，他創(chuàng)造性地提出雜化軌道、電負(fù)性、共振論等化學(xué)領(lǐng)域最基礎(chǔ)又廣泛使用的概念，極大豐富和發(fā)展了價(jià)鍵理論，成為當(dāng)之無(wú)愧的“現(xiàn)代結(jié)構(gòu)化學(xué)奠基人”；橫跨生物學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，他的研究又為后人指明方向；為世界和平奔走，科學(xué)家的人文精神在他身上得到了極好詮釋。盡管晚年深陷爭(zhēng)議，但鮑林敢為人先，積極探索新領(lǐng)域的精神仍然值得我們贊賞。作為極富創(chuàng)造力的科學(xué)家和熱心世界和平的社會(huì)活動(dòng)家，鮑林完美詮釋了一個(gè)科學(xué)家應(yīng)該具備的品質(zhì)，而這種品質(zhì)必將世代流傳，影響和激勵(lì)著一代又一代的科學(xué)工作者。

參考資料：

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[4] 田荷珍. 鮑林與現(xiàn)代化學(xué)[J]. 大學(xué)化學(xué), 1987, 2(2): 56-59.

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[6] 淮沙. 維生素之爭(zhēng)[J]. 生命世界, 2010 (3): 26-31.

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撰稿人：Geronimo