鲍林的发现甲烷的分子结构之谜

鲍林是美国著名的量子化学家，提出了杂化轨道理论，为我们揭开了甲烷的分子结构之谜。他在一生中曾两度获得诺贝尔奖，他自强不息的奋斗精神和为保卫和平而作出的巨大贡献，被科学界传为佳话。

1901年2月18日，利留斯·卡尔·鲍林出生在美国俄勒冈州的波特兰市。他的父亲是一位药剂师，工作起来一丝不苟、兢兢业业。父亲的言行潜移默化地影响着鲍林，也激发了他对科学的热爱。不幸的是，父亲在鲍林幼年时就去世了，而母亲又身患重病，年仅9岁的鲍林勇敢地扛起了生活的重担。

利留斯·卡尔·鲍林

鲍林一边上小学，一边靠打零工赚钱贴补家用。在这样艰苦的条件下，鲍林完成了中学学业。1917年，鲍林以优异的成绩考入俄勒冈州农学院化学工程系。毕业后他留校任教，工作期间他依然坚持学习，并于1925年获加州理工学院博士学位。

20世纪20年代初，鲍林开始研究化学键。他从研究硫钼矿的晶体入手，用X射线进行分子结构测定的研究，成功地对辉钼矿的晶体进行了测定，绘制出当时最精确的分子结构图。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。传统理论认为，原子在未化合前外层有未成对的电子，这些未成对电子如果自旋反平行，则可两两结成电子对，在原子间形成共价键。但是，这一理论无法解释甲烷的正四面体结构。

甲烷分子的三维空间图

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，鲍林于1928年开始了长达三年的研究。在掌握了大量详实的资料后，他提出了杂化轨道理论。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，碳原子和氢原子结合成键时，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。

学海拾贝

甲烷是一种可燃性气体，在自然界分布很广，是天然气、沼气、油田气及煤矿坑道气的主要成分。它可用做燃料及制造氢气、一氧化碳等物质的原料。甲烷对人基本无毒，但浓度过高时，会导致空气中氧含量降低，使人窒息。

杂化轨道理论很好地解释了甲烷的正四面体结构。此外，鲍林还提出了用以描述原子核对电子吸引能力的电负性概念，在氨基酸和多肽链的研究上作出了杰出贡献。1954年，鲍林获得诺贝尔化学奖。

20世纪50年代以后，随着核武器的加速扩散，鲍林开始公开呼吁反对把科研成果用于战争。1955年，鲍林和爱因斯坦、罗素、约里奥·居里、玻恩等人，签署了一个宣言，呼吁科学家应共同反对发展毁灭性武器，反对战争，保卫和平。鲍林还于1957年起草了《科学家反对核实验宣言》，得到了世界各国科学家的积极响应。同年，他写了《不要再有战争》一书，向人们说明了核武器对人类的重大威胁。由于鲍林对和平事业的贡献，他在1962年荣获了诺贝尔和平奖。

1994年8月19日，鲍林以93岁高龄在他加利福尼亚州的家中逝世。鲍林曾被英国《新科学家》周刊评为人类有史以来20位最杰出的科学家之一，与牛顿、居里夫人及爱因斯坦齐名。