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孙承谔介绍
孙承谔介绍
www.dicp.cn    发布时间:2010-04-12 14:30    栏目类别:走近专家
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孙承谔,祖藉山东济宁.1911年3月11日生于山东省济南市。自幼聪明好学,1923年12岁时就考入清华学校.在清华学习六年(1923-1929年).1928年清华学校改名为国立清华大学,1929年在清华毕业后赴美留学,入美国威斯康星大学化学系学习。由于刻苦勤奋,两年后拿到了学士学位, 1933年他22岁,又获得了哲学博士学位。仅用四年时间,就完成了大学本科和研究生阶段的学业,这在当时是极为罕见的。

1934年被聘为美国普林斯顿大学研究助理。在普林斯顿大学受到大师们的学术熏陶,这对他的热力学、量子力学、统计力学、光谱学和数学功底的增强有很大帮助。当时专门探索化学反应速率和历程的物理化学分支学科的化学动力学正处于学科前沿,在著名物理化学家(当时是助理教授)艾林的指导下,从事化学反应过渡态理论的研究工作,在普林斯顿大学的良好学术环境里,充分发挥了他的聪明才智,应用了当时较先进的计算工具手摇计算机,通过大量计算和分析,得到了有关H2+H→H+H2反应的第一张经精确计算得出的势能面图,1935年在艾林、吉兴诺维奇和孙承谔共同发表的著名论文《均相原子反应的绝对速率》,至今仍为各国化学动力学教材及专著所引用,是近代化学动力学重要成就之一。

1935年日本侵略者已经霸占了东三省,正在步步紧逼,企图进占华北。孙承谔满怀科学救国的雄心壮志回到了祖国,应聘在北京大学任教。时年24岁,成为当时北大最年轻的教授。“七七”事变爆发后,孙承谔随校南迁昆明。北京大学、清华大学、南开大学三校在云南昆明建立了西南联合大学,孙承谔被聘为西南联大教授,继续讲授“普通化学”、“物理化学”等课程,还在昆明中法大学兼化学课。在当时尽管科研条件极其艰难,他仍然坚持做了一系列针对有机化学反应,用活化能计算讨论反应历程以及物质结构和物性间关系的研究。1935到1945年间发表了一系列论文。

抗战胜利后,1946年他随北京大学迁回北京,继续在北大化学系执教,任化学系代理系主任,1945—1951年间兼任《中国化学会会志》编委和经理编辑(相当于副主编), 1947—1948年间,孙承谔应邀再度赴美,任明尼苏达大学研究员。孙承谔在明尼苏达大学从事光谱理论方面的研究工作,1948年底,孙承谔提前由美国返回中国,返回祖国途经上海时,亲友们要他同赴台湾教书,他拒绝了亲朋好友的劝说,毅然北上,于北平解放前20天赶回北京大学,迎接了北京的解放。1951年任北京大学理学院代理院长.院系调整后,从1952年起一直担任北京大学化学系系主任,直至“文化大革命”。

在系主任工作中,为化学系的建设和发展和为我国的科学教育事业做出了贡献。他的任劳任怨、平易近人、克己奉公、艰苦朴素和关心青年等优秀品质对北京大学的发展和优良学风的形成都有很好的影响。

1953年他应邀请参加了中国科学院化学研究所的筹建工作,成为16人组成的化学所筹委会成员之一。1956年孙承谔参加了由周恩来总理主持制定《12年科学技术发展远景规划》的工作。 “文化大革命”后,迎来了科学的春天,他先后到吉林大学、南京大学、华侨大学、厦门大学、河南大学、陕西师大、四川大学、云南大学、武汉大学等学校讲学。

为了推动我国化学动力学的科研和教学工作,带领青年教师组织翻译了美国科学家J.W.穆尔和R.G.皮尔逊所著《化学动力学与历程》一书。该书至今仍是化学动力学研究生课程的教材和科学研究的经典参考书。

孙承谔于1951年参加了中国民主同盟,并在1952—1956年间,担任民盟北京大学支部主任委员,后又任民盟中央科技文教委员会委员。孙承谔在晚年,还不时为祖国的统一大业,奔波于国内外,做了大量的工作.从孙承谔先生坎坷而曲折的一生折射出了中国老一辈知识分子优秀品德。

孙承谔一生主要从事物理化学,尤其是化学动力学领域的科研和教学工作.在国内外主要学术期刊上先后发表论文50余篇,其内容涉及偶极矩测定、活化能计算、过渡态理论、电负性、溶剂效应和催化动力学等方面.

1.过渡态理论的奠基之作
20世纪20年代前后流行的反应速率理论是基元反应碰撞理论,为半理论半经验的理论,有时与实验结果差距甚大。当时物理学中刚刚兴起量子力学应用于化学,尤其是反应动力学中是一个难度极大又极具诱惑力的探索性课题。 1934年孙承谔参加了助理教授艾林(Henry Eyring)的研究小组,进行了过渡态理论(也称活化络合物理论或绝对反应速度理论)的探索性研究工作。他们认为化学反应过程是反应物分子碰撞后,先形成一个过渡态,然后再分解成产物,而过渡态的分解是反应速率的决定步骤,如反应     

孙承谔应用刚确立不久的量子力学原理于化学反应,在没有电子计算机的年代,用手摇计算机进行了艰苦的计算工作,第一次得出了3个氢原子体系Ha+HbHc→HaHb+Hc反应的势能面图(见附图)。1935年艾林、吉兴诺维奇和孙承谔共同发表的论文《均相原子反应的绝对速率》(《The Absolute Rate of Homogeneous Atomic Reactions》公布了这一结果,这是基元反应速率过渡态理论奠基性之成果。

该理论不仅可以验证实验结果,更可预知反应的动力学行为。1976年美国化学会成立100周年纪念时,这一成果被列入化学领域百年重大成就,被评价为历史上第一个相当准确的计算,并被现代的精确实验完全证实。能有研究成果被列入此百年重大成果的中国物理化学家,只有少数几人,孙承谔由于是过渡态理论刨始入之一也由此闻名于国内外。上世纪前苏联化学动力学专家艾曼努爱里来华进行学术交流时,一定要拜访孙承谔教授,见面后行三鞠躬礼,以表示对孙承谔教授学术上的崇敬,由此可见,孙承谔教授在化学动力学领域中的地位。这里还应提及,斯坦福大学化学工程系教授博达特1982年访问北大时回忆说,他1946年到普林斯顿大学读博士,听泰勒教授(1935年时的化学系主任)讲到艾林和孙承谔的研究,提到为什么关于过渡态理论势能面的计算后面的延续工作突然停止了?泰勒教授遗憾地回答:“熟悉计算器的孙博士回中国了。他在中国继续研究,不然,我们还会有更多的成果”。孙承谔于1935年回国后,继续从事过渡态理论方面的计算工作,发表了关于乙烯加氟化氢动力学方面的论文,进一步扩大了过渡态理论的应用范围,使人们加深对过渡态理论的认识有积极的意义.

2.宏观和微观结合的早期探索
20世纪现代化学发展的趋势是从宏观到微观,物质的宏观性质必然是由微观结构所决定。孙承谔以其敏锐的眼光洞察了这一化学研究的发展趋势,早在40年代就开始从事结构与物性的探索。 40年代孙承谔在西南联合大学任教时,在研究条件十分艰苦的情况下,依靠其深厚的理论功底,开展了物性和物质结构参数间定量关系的系列研究工作,其中包括原子半径与有机物沸点、密度、临界温度、摩尔折射率、粘度的关系,及原子价、原子序数和量子数计算元素的电负性等,得到了一系列经验关系式。如原子半径与有机物沸点 的关系为

式中a 、b 、c 为经验参数。这些关系式表明化合物的物性与结构参数间存在着密切关系,尽管只是半定量的早期的研究,但为宏观与微观间结合方面打开了视野,开辟了研究道路。此外孙承谔还做过偶极矩方面的研究工作,如己二酸偶极矩、2,4-二氯酚的偶极矩与结构的关系等,将他的研究领域逐步由化学动力学向物理化学的其他领域扩展.

3.反应速率与结构关系的探讨
十九世纪末开始研究的门舒特金反应主要有两方面:一是研究同一反应在物理性质和化学结构的不同溶剂中的反应动力学,另一是在相同的溶剂中研究卤代烷或胺的结构的动力学的影响,尽管进行了几十年的研究,但仍有许多问题没有解决。从五十年代开始,北大化学系刚具有初步的科学研究条件,孙承谔即以门舒特金反应为切入点,带领青年教师和研究生开展了化学动力学的研究工作。从50年代开始,孙承谔指导青年教师和学生对叔胺与卤代烷间的门舒特金反应进行了系统的研究工作。从这些研究工作中得到下以下的认识;对缅舒特金反应,溶剂的物理性质远不如化学结构影响大。而化学结构中又以功能团影响最为显著,当溶剂分子中有几个适当的功能团时,这种溶剂对季胺盐的形成速率的影响比只有一个功能团时为快.而作为反应物的卤代烷对反应速率的影响的研究中.得到了卤代烷中烷基的诱导效应指数I与反应速率常数 的对数(1g )间具有线性关系,证明了有机物基团的诱导效应与化学活性间有关系。这些工作加深了各种因素对门舒特金反应的影响的规律性的认识,对阐明门舒特金反应机理有一定意义.

4.联系实际开展催化反应动力学的研究
为适应我国石油化学工业发展的需要,他又开始进行催化反应动力学的研究工作,如伯醇在铜铬氧化物上的催化脱氢和在银催化剂上乙烯氧化反应的动力学。

前苏联著名的催化学者巴兰金教授在研究金属催化剂和氧化物催化剂脱氢时得出:醇在氧化物催化剂上脱氢比在金属催化剂上需要更高的反应温度和活化能,分子结构的脱氢的影响在两种催化剂上也有差别。孙承谔领导的研究组则选用更复杂的铜铬氧化物的阿金斯催化剂和系列不同结构的醇(乙醇、正丙醇、正丁醇、正戊醇和异丁醇)研究醇分子结构对脱氢速率的影响。实验证明,链的长短对伯醇在铜铬氧化物的催化剂上的脱氢反应活化能无影响,但反应速率常数稍有不同,几种直链醇脱氢速率随醇分子中的碳原子数增加而增大引起脱氢速率不同的主要原因是频率因子的变化。在80年代所做的银催化剂上乙烯氧化成环氧乙烷的反应动力学的研究工作是石油化工中的重要问题,不仅有理论意义,而且对指导实际生产提供理论基础。由于乙烯氧化可生成两种产物:环氧乙烷(主产物)和二氧化碳(副产物)。大量实验得出如下结果

对环氧乙烷来说,随乙烯或氧压力的增大环氧乙烷的生成速率出现极大值,这是表面双分子反应埃莱-里迪尔(Eley—Rideal)历程的特征,而二氧化碳的生成速率随乙烯或氧压力的增大单调上升,属于表面双分子反应的朗谬尔一欣谢尔伍德(Langmuir --Hinshelwood)历程。这些结果在理论上探索了乙烯氧化的反应机理,而且对实际应用,如设计催化剂和探索反应条件以获得乙烯的最大收率都有一定指导意义。

孙承谔在物理化学的研究范围很广.在化学动力学领域内,早在30年代就开始从事前沿方面的研究工作。所研究的动力学体系不仅有气相,还有液相;不仅有均相,还有复相;不仅涉及基础理论.而且有密切联系实际的工作.他对我国化学动力学理论及应用研究所做的努力已经取得了丰硕成果。

代表性论著
1. Henry Eyring and Cheng E. Sun “Resolution of Crossed Bond Eigenfunctions in Terms of the Uncrossed Set”, The Journal of Chemical Physics Vol.2 pp. 299-300 1934.
2. A. Sherman and Cheng E. Sun “Calculations of the Activation Energies of Some Reactions between the Halogens and the Ethylene Double bond”, J. Am. Chem. Soc. Vol. 56 pp.1096-1101 1934.
3. H.Eyring,H.Gershinowitz,Cheng E. Sun。 The Absolute Rate of Homogeneous Atomic Reactions. J. Chem .Phys.,1935,3:786—796
4. 孙承谔. 乙烯加氨理论考察. 中国化学会志.1935, 3:1—5 .
5. 孙承谔. 一些游离基参加反应的活化能. 中国化学会志.1935, 3:293—295 .
6. 孙承谔. 不饱和酸的溴化作用. 中国化学会志.1935, 3:293—295 Val. IV No.1 p. 1-5 January 1936.?
7. 孙承谔,刘钧. 乙烯加合卤化氢的活化能. 中国化学会志.1936, 4:98—102.
8. Cheng E. Sun (孙承諤)and Ta-You Wu (吴大猷)“A Note on the Form of Nitrous Oxide Molecules”, J. Chinese Chem. Soc. Val. IV No.4 p. 340-343 July 1936.
9. Chao-Lun Tseng (曾昭抡) ,Ching-Huo Sze (施庆龢) and Cheng E. Sun (孙承諤)“Action of Hydrogen Fluoride on Phenyl Diazomethane”, J. Chinese Chem. Soc. Val. IV No.6 p. 485-489 November 1936.
10. Chao-Lun Tseng (曾昭抡), Chün Liu (刘钧) and Cheng E. Sun (孙承諤)“The Dipole moment of Tetrachloroethylene”, J. Chinese Chem. Soc. Val. IV No.6 p. 473-476 November 1936.
11. 孙承谔, 施庆龢. 论乙烯加合氟化氢. 中国化学会志.1937, 5:1—4
12. Chang Hsuch Yao (姚昌学) and Cheng E. Sun (孙承諤)“The Dipole Moment and Structure of Dimethyl Telluronium Diiodide”, J. Chinese Chem. Soc. Val. V No.1 p. 22-24 January 1937.
13. 孙承谔,刘钧.2,4-二氯酚的偶极矩. 中国化学会志.1937, 5:39—40.
14. Chu-Yao Chen(陈初尧), Chao-Lun Tseng  (曾昭抡) and Cheng E. Sun (孙承諤)“The Relation between Atomic Radii and Boiling Points”, J. Chinese Chem. Soc. Val. V No.4 p. 193-201 July 1937.
15. Chao-Lun Tseng (曾昭抡), Cheng E. Sun (孙承諤)and Chu-Yao Chen (陈初尧)“Calculations on Melting Points of the Alpha Omega Series of Dibasic Acids”  ?
16. Chao-Lun Tseng (曾昭抡), Cheng E. Sun (孙承諤)and Shih-Tsin Li (李世瑨) “Calculation of Melting Points of Fatty Acids”,  J. Chinese Chem. Soc. Val. VII No.2 p. 63-64 1940.
17. 孙承谔,曾昭抡,李世瑨.原子半径与沸点的关系. 中国化学会志.1940, 7:65—68.
18. Cheng E. Sun (孙承諤)and Shih-Tsin Li (李世瑨) “The Relation between Acidic and Basic Properties of Hydroxides, Atomic and Quantum Numbers, and Valence”, J. Chinese Chem. Soc. Val. VII No.2 p. 69-72 1940.
19.Shih-Tsin Li (李世瑨) and Cheng E. Sun (孙承諤)“The Relation between Ionic Radii, Atomic and Quantum Numbers, and Valence”, J. Chinese Chem. Soc. Val. VII No.2 p. 73-75 1940.
20.孙承谔,唐敖庆,陈天池. 原子半径与密度的关系.中国化学会志.1943, 10:19—21.
21.孙承谔. 从原子价、原子序数和量子数计算元素的电阴性. 中国化学会志.1943, 10:77—79.
22.孙承谔, 陈天池. 原子半径与临界温度的关系. 中国化学会志. 1944, 11:118—119.
23.Cheng E. Sun (孙承諤)and T. C. Cheng (陈天地)“The Relation between Atomic Radii and Mole Refractions”, J. Chinese Chem. Soc. Val. XI No.2 p. 121-124 1944.
24.孙承谔,陈梅贞. 原子半径与粘度的关系.中国化学会志.1945, 12:24—28.
25.孙承谔,刘若庄. 用机械求积法计算比热. 中国化学会志.1950, 17:1—8.
26.孙承谔. 连锁反应, 化学通报,1956,1 : 1-5 .
27.孙承谔,李作骏,李旺长.Menschutkin(俄文)反应的研究Ⅰ.喹啉—碘甲烷在水扬酸中的反应动力学.化学学报,1956,22:386—390..
28.孙承谔,何淡云,张工等. Menschutkin(俄文)反应的研究Ⅱ. 喹啉—碘甲烷在若干脂肪醇中的反压动力学. 化学学报,1963,29:90—93.
29.孙承谔,李宣文,白乃彬等. Menschutkin(俄文)反应的研究Ⅲ. 喹啉—碘甲烷、碘乙烷、碘正丙烷在硝基苯和正丙醇中的反压动力学. 化学学报,1964,30:325—329.
30.孙承谔,王秀山.醇在铜铬氧化物上的催化脱氢Ⅰ.伯醇. 化学学报,1965,31:7—11.
31.孙承谔, 韩德刚,杨惠星等.银催化剂上乙烯氧化反应动力学研究.中国科学B辑,1982,8:683.

译著

孙承谔 王之朴等译  化学动力学和历程(均相化学反应的研究)科学出版社(1987)J.W.穆尔,R.G.皮尔逊 著

撰稿人:高盘良教授,北京大学化学系,2010年10月14日收到修改稿。

 

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