他開(kāi)創(chuàng)了全新應(yīng)用量子化學(xué)研究方向

——追憶我國(guó)計(jì)算化學(xué)奠基人劉若莊院士

留聲機(jī)

10月8日，我國(guó)計(jì)算化學(xué)奠基人、著名物理化學(xué)家、中國(guó)科學(xué)院院士、北京師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院教授劉若莊因病醫(yī)治無(wú)效，在北京逝世，享年95歲。

劉若莊開(kāi)創(chuàng)了中國(guó)電子結(jié)構(gòu)計(jì)算，并持續(xù)推動(dòng)中國(guó)計(jì)算量子化學(xué)的發(fā)展。他還是國(guó)際上最早進(jìn)行電子結(jié)構(gòu)計(jì)算的學(xué)者之一，在國(guó)際上享有很高的聲望。

他長(zhǎng)期從事分子間相互作用、化學(xué)鍵和化學(xué)反應(yīng)理論的研究，先后在氫鍵、配位場(chǎng)理論方法、有機(jī)導(dǎo)體和半導(dǎo)體理論計(jì)算、激發(fā)態(tài)勢(shì)能面和光化學(xué)反應(yīng)機(jī)理探索等方面取得了豐碩成果。

為我國(guó)量子化學(xué)發(fā)展開(kāi)創(chuàng)新方向

1947年，劉若莊從北京輔仁大學(xué)化學(xué)系畢業(yè)，并考入北京大學(xué)理科研究所化學(xué)部攻讀研究生學(xué)位，師從號(hào)稱(chēng)北大“三大民主教授”之一的袁翰青教授。1950年尚未畢業(yè)的劉若莊留校工作，成為了物理化學(xué)家唐敖慶教授的助教，從此開(kāi)始了教學(xué)和科研之路。

劉若莊在跟隨唐敖慶進(jìn)行科學(xué)研究時(shí)，逐漸將注意力放在化學(xué)反應(yīng)的理論應(yīng)用上，并形成將已有理論應(yīng)用于實(shí)際例子以說(shuō)明或解決問(wèn)題的科研思路。這也為我國(guó)量子化學(xué)的發(fā)展開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)新的方向，即應(yīng)用量子化學(xué)。

1951年，劉若莊被聘請(qǐng)到輔仁大學(xué)任教。因1952年全國(guó)高校院系調(diào)整，他隨輔仁大學(xué)化學(xué)系一同并入北京師范大學(xué)。

1955年，劉若莊重新拾起因繁重教學(xué)任務(wù)而被擱置的科學(xué)研究。受《化學(xué)鍵的本質(zhì)》一書(shū)及唐敖慶教授文章的啟發(fā)，他開(kāi)始研究水分子間氫鍵的鍵能課題。

氫鍵，是氫原子同時(shí)和兩個(gè)電負(fù)性較大的原子如氮、氧、硫結(jié)合形成的相互作用。這種相互作用廣泛存在于有機(jī)體系和生物體系，是深入理解化學(xué)反應(yīng)和生命現(xiàn)象及過(guò)程的不可忽略的基本科學(xué)問(wèn)題。

劉若莊將化學(xué)鍵作用能的近似計(jì)算公式和理論方法應(yīng)用于計(jì)算氫鍵作用，從量子力學(xué)原理出發(fā)得到水分子模型，計(jì)算水分子中氫鍵的鍵能，從而說(shuō)明了形成氫鍵的主要作用力。這種創(chuàng)造性地利用電子云的概念解釋氫鍵本質(zhì)的方法遠(yuǎn)優(yōu)于當(dāng)時(shí)國(guó)際上流行的點(diǎn)電荷模型。

隨后劉若莊又對(duì)氫鍵進(jìn)行了其他方面研究。

上世紀(jì)60年代初期，他帶領(lǐng)學(xué)生研究紫外吸收光譜，通過(guò)對(duì)比其他形成氫鍵的體系的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，證實(shí)異丁基異腈、異丙基異腈與萘酚之間可以形成氫鍵，并且從量子化學(xué)角度，采用電子配對(duì)法，對(duì)異腈與羥基形成氫鍵的共價(jià)成鍵作用的大小以及離位能進(jìn)行計(jì)算，從理論上說(shuō)明異腈與羥基之間能夠形成氫鍵。

這項(xiàng)工作被列入1965年全國(guó)科學(xué)技術(shù)研究成果。劉若莊的理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的科研思路不僅走通了，走得還分外順利。這在上世紀(jì)60年代前后，無(wú)疑是超前的。

打開(kāi)我國(guó)理論化學(xué)對(duì)外聯(lián)系的窗口

1978年，劉若莊出任國(guó)家科委化學(xué)學(xué)科組成員，并創(chuàng)建了北京師范大學(xué)量子化學(xué)研究室，該研究室是中國(guó)運(yùn)用量子化學(xué)手段研究實(shí)際化學(xué)體系的重要基地，也是中國(guó)理論化學(xué)對(duì)外聯(lián)系的重要窗口之一。

上世紀(jì)80年代是量子化學(xué)，包括計(jì)算化學(xué)的分水嶺，計(jì)算化學(xué)在90年代飛速發(fā)展，并大放異彩。劉若莊在當(dāng)時(shí)相當(dāng)困難的條件下，在國(guó)內(nèi)最早提出將量子化學(xué)理論和計(jì)算方法應(yīng)用于研究化學(xué)反應(yīng)途徑和沿反應(yīng)途徑的動(dòng)態(tài)學(xué)問(wèn)題，形成了達(dá)到國(guó)際水平的系統(tǒng)研究成果，為我國(guó)計(jì)算化學(xué)事業(yè)作出了突出的貢獻(xiàn)。

上世紀(jì)80年代，他帶領(lǐng)課題組通過(guò)高精度計(jì)算反應(yīng)過(guò)渡態(tài)和反應(yīng)途徑的內(nèi)稟反應(yīng)坐標(biāo)(IRC)，對(duì)許多有意義的有機(jī)反應(yīng)的機(jī)理進(jìn)行研究，并提出了解釋和預(yù)測(cè)。同時(shí)，他們對(duì)導(dǎo)電高分子結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行研究，發(fā)展了定量微擾晶體軌道法，為設(shè)計(jì)新型高分子提供理論依據(jù)，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

1981年，他被國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)為第一屆博士研究生導(dǎo)師，同時(shí)也在量子化學(xué)研究室?guī)а芯可暮芏鄬W(xué)生后來(lái)成為國(guó)內(nèi)外量子化學(xué)領(lǐng)域的知名學(xué)者。

1984年和1989年，劉若莊兩次應(yīng)邀在太平洋化學(xué)大會(huì)上作學(xué)術(shù)報(bào)告，報(bào)告的計(jì)算化學(xué)成果引起了國(guó)際上同行的極大關(guān)注，也使他們對(duì)十年動(dòng)亂后中國(guó)科學(xué)的發(fā)展速度刮目相看。

1985年，劉若莊被選為國(guó)際理論有機(jī)化學(xué)家聯(lián)合會(huì)會(huì)員。他在化學(xué)反應(yīng)勢(shì)能面的研究成效尤為顯著。他與合作者擴(kuò)展了當(dāng)時(shí)國(guó)際先進(jìn)的梯度優(yōu)化過(guò)渡態(tài)新方法，編制了可用于包括重原子體系贗勢(shì)梯度法程序提出了確定反應(yīng)中間體過(guò)渡態(tài)的結(jié)構(gòu)新方法：結(jié)合能量分解法，研究了烯烴加成的取化基效應(yīng)及異構(gòu)化效應(yīng)，并提出了若干新概念及新見(jiàn)解。他也因此榮獲1989年國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)三等獎(jiǎng)。

“搞科研首先要有自己的研究方向，要有自己的想法。要老跟著原先導(dǎo)師做，就不會(huì)有自己的發(fā)展。其次，搞科研要不怕吃苦，做科學(xué)研究要有執(zhí)著精神。一個(gè)人哪怕只做出一點(diǎn)點(diǎn)的成績(jī)，都需要艱苦奮斗，沒(méi)有什么巧的路可走。我覺(jué)得我是中等人才，不是什么特別聰明的人，但我很努力。”劉若莊生前曾說(shuō)，“教了一輩子的書(shū)，能夠成為對(duì)學(xué)生在做人、做學(xué)問(wèn)方面有所幫助的好老師，是我一生的追求。我希望我做到了這一點(diǎn)。”

陳思雅

【編輯:蘇亦瑜】

[責(zé)任編輯：楊凡、崔中連]

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