中国科学院院士 刘若庄
1748年罗蒙诺索夫建立了质量守恒定律,1808年道尔顿提出了原子论,1811年阿佛加德罗提出了分子的概念,化学终于从炼金术的阴影中走了出来,成为一门独立的科学。尽管在以后的100年间,化学学科有了很大的发展和进步,但作为实验科学,化学缺少其根本的理论基础,因而始终在经验之中徘徊,难以成为一门真正的中心科学。
1900年,普朗克在研究黑体辐射现象的规律时发现了它与经典物理学的矛盾,提出能量量子化的观点,这就是著名量子论的起点。1905年,爱因斯坦在光电效应的实验中指出光具有粒子性,并提出光的量子论。1913年,玻尔提出把角动量量子化的概念应用于氢原子,开始了原子结构的量子理论。1924年,德布罗意提出电子等微观点质点的运动兼具波动性的见解并为后来的实验所证实。而薛定谔、海森堡、狄拉克等在这一事实的基础上,各自运用微分方程或矩阵等数学工具,建立了量子力学基础。1927年,海特勒和伦敦等人成功地运用量子力学理论解释了H2的形成原因,标志了一门新兴的学科——量子化学的萌芽。
量子化学正是以量子力学为基础,利用量子力学的基本原理和方法来研究化学问题。与宏观化学不同,量子化学是从微观的角度,对原子、分子和晶体的电子层结构、化学键理论、分子间作用力、化学反应理论、各种光谱、波谱和电子能谱,以及无机和有机化合物、生物大分子和各种功能材料的结构和性能关系等进行研究。几十年来,量子化学已经发展成为一门独立的,同时也与化学各分支学科以及物理、生物、计算数学等相互渗透的学科。
由于一切化学物质都是由原子与分子组成,它们的结构、性质和反应也必然遵循量子力学原理。因此,量子化学可以说是化学学科的理论基础,量子化学学科的建立也标志着化学摆脱了单一依靠实验的局面,成为了一独立、全面的学科。近年来,随着量子化学理论及方法的完善,计算机运行速度的提高,量子化学在化学学科中的重要性已经逐渐凸现出来。一方面,运用量子化学软件,人们已经能以较小的成本在计算机上实现对化学物质和化学反应的高精度研究。另一方面,从量子化学理论出发,人们也能对化学物质的结构和功能以及反应做出新的合理设计,从而指导进一步的实验。量子化学已经成为了化学家所必不可少的强有力的理论工具。(有关量子化学的介绍另见本刊41页“链接院士畅想”)
认识院士
刘若庄院士,1925年5月出生,现任北京师范大学化学系教授、博士生导师。历任国家自然科学基金委员会物理化学评审组评委、国家教委理科化学教学指导委员会副主任、中国化学会常务理事、北京化学会理事长。中国科技大学兼职教授、中国科学院感光化学研究所兼职研究员、南京大学理论及计算化学研究所兼任教授、墨西哥国立自治大学讲座客座教授,另外还兼任《高等学校化学学报》、《中国化学快报》等6种期刊编委。
刘院士长期从事分子间相互作用、化学键和化学反应理论的研究,任氢键及分子间作用力、配位场理论、化学反应机理、势能面及动态学、低维导体等研究领域取得了突出成就。已培养研究生29名,发表论文160余篇,合著专著3本,合译专著4本。曾获国家自然科学一等奖、国家自然科学三等奖、国家教委科技进步二等奖等多次奖励。
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