第91章 1986年度 李远哲 都德利·罗伯特·赫希巴奇 约翰·查理斯·波拉尼
因研究化学反应体系在位能面运动过程方面的杰出贡献而荣获1986年诺贝尔化学奖
李远哲(中国台湾,1936~),1936年11月29日生于中国台湾省新竹市一个书香门第家庭,父亲李泽藩是位画家。李远哲与西奥多·威廉·理查兹(美国化学家,1914年诺贝尔化学奖获得者)具有相似的家庭背景,从小接受艺术熏陶,喜好文学,有良好的音乐和绘画天赋,在化学方面的成就最为突出,是一位多才多艺的化学家。
1959年,李远哲从台湾大学毕业后进入台湾清华大学继续深造,并于1961年获硕士学位。1962年赴美留学于加州大学伯克莱分校,1965年获化学博士学位。1968年,李远哲受聘于芝加哥大学,1974年后执教于加州大学伯克莱分校,还兼任柏克莱化学实验室主任。
李远哲主要从事化学动态学研究,在化学动力学、动态学、分子束及光化学方面贡献卓著。他在赫希巴奇的研究理论基础之上,创造性地发展了一种通过型交叉分子束实验技术,设计并建成世界第一台大型交叉分子束碰撞器和粒子束碰撞器。
1960年,交叉分子束法作为研究化学反应的一门新技术试验成功,它起初只适用于碱金属反应。此后,李远哲与赫希巴奇共同研究,将交叉分子束法发展为研究化学反应的通用工具。其中,“分子束碰撞器”和“离子束碰撞器”可用于研究与激光化学、燃烧化学、大气化学、离子化学有关的各类复杂反应体系,并在很大程度上扩展了基元反应领域,如氧原子反应和许多短寿命而活泼的自由基反应,从而使分子反应动力学研究深入至从反应物到产物全过程量子态层次,使人们能够在分子水平上研究化学反应所出现的各种状态,为人工控制化学反应的方向和过程提供了新的手段。
都德利·罗伯特·赫希巴奇
都德利·罗伯特·赫希巴奇(美国,1932~),物理化学家,1932年6月18日生于加州圣何塞。从小喜欢体育运动,是学校体育明星。中学毕业后考入斯坦福大学学习数学,1954年获数学学士学位后改读化学,次年获化学硕士学位。赫希巴奇又到哈佛深造并于1958年获哈佛大学物理化学博士学位。1959年至1963年任职于加利福尼亚大学伯克利分校,1963年后执教于哈佛大学。
化学反应是一微观过程,常规方法难以观察和提取单个分子的运动变化景象。赫希巴奇突发奇想,能否将处于物理学前沿的分子线束理论引入化学研究领域。由于他刚进入斯坦福大学接受分子线束理论学习,人少言微,教授们对他的建议嗤之以鼻。他决意研究的新方法,后到哈佛改读物理化学并在研究中引入并逐步完善自己的理论。
赫希巴奇主要从事微观反应中的分子碰撞动力学研究,以交叉分子束法从微观角度深入了解化学反应的进行过程。1960年后,赫希巴奇与李远哲合作,开始从事交叉分子束试验研究。他们以碱金属原子与卤代烷为标志确立交叉分子束实验在分子反应动力学研究中的主导地位,这对化学反应动力学的发展意义重大,使人们能更为详细、确切地了解化学反应的反应历程,明确化合物相互反应的基本原理,为如何有效控制化学反应创造条件。分子束方法成为科学家研究反应物分子碰撞前后状态的重要实验方法,它的成功使人们能够详细研究化学反应的微观机理。交叉分子束法最初只用于碱金属元素反应,后来科学家在原有基础上进一步将其发展成为研究化学反应通用的有力工具。“分子束碰撞器”和“离子束交叉仪器”的设计成功,使人们能在分子水平上研究化学反应所出现的各种状态,分析化学反应的每一阶段过程,为控制化学反应的方向和过程提供了广阔的前景。1999年,艾哈迈德·泽维尔用高速激光闪烁,拍摄了单个分子在飞秒(即0.000000000000001秒)内的变化状态,提高了人们对化学变化历程的认识,使人类在控制化学反应历程的探索中又前进了一大步。
约翰·查理斯·波拉尼
约翰·查理斯·波拉尼(加拿大,1929~),物理化学家,1929年1月23日生于德国柏林,1949年毕业于曼彻斯特大学,1952年获该校化学博士学位。1954年至1956年间,波拉尼任职于美国普林斯顿大学,1956年后执教于加拿大多伦多大学。
波拉尼的父亲米歇尔·波拉尼是物理学家和哲学家,由于遗传基因和环境的影响,他性格开朗,富有开创性。米歇尔·波拉尼的交际圈内大多是某一科学领域的专家,约翰·查理斯·波拉尼从小耳濡目染,接受各种自然科学知识和人文科学思想的熏陶。
波拉尼主要研究化学动力学和分子反应动态学。1952年,年仅23岁的波拉尼赴加拿大先后追随气相反应动力学家N。斯坦瑟和分子光谱学家G。赫兹伯格在加拿大国家研究院和赫兹伯格实验室工作。在渥太华期间,化学反应动力学正处于从宏观统计描述向微观分子反应动力学过渡的重要时期,波拉尼意识到光谱技术是用于研究化学反应过程中分子微观变化的一种重要的并极具前景的手段,他决定用分子光谱技术研究化学反应中初生态分子的振动和转动能态分布。
1956年后,波拉尼研究红外发光技术,发明了研究产物能量分配的红外化学发光装置,并将其应用于探测化学反应中产物分子所处振动和转动能量子态,从而获得这些能级上的分子分布数据。波拉尼用此法研究了许多原子交换反应的动态学,为研制化学激光器奠定了理论基础。波拉尼还进行了大量的理论工作,他用准经典轨迹法计算出在典型势能曲面上进行反应的轨道,探讨释能反应中预势垒(早期释能)和后势垒(后期释能)对产物分子中能量分配的效果,以及反应物分子的相对平动和振动能作为反应活化能的利用率。波拉尼基于大量的实验和理论计算结果,总结出反应物能量选择和产物能量分配与势能面的几何形状之间的普遍规律。