下去的话,两者最终会给出相同的答案。情况有些像物理学家在海森伯的矩阵与薛定谔的波动方程之间的权衡:尽管看起来大相径庭,实际上是殊途同归。选择的标准是哪一种方法更简便,以及在某种情况下,哪一种方法更奏效。
鲍林当然认为自己的方法在理解化学键问题上更胜一筹。他知道分子轨道方法是有用的——他在寻找化学键问题的突破时也尝试过这种方法——但是,当他在1931年成功地修正了海特勒一伦敦的理论之后,就基本上放弃了这一种方法。当斯莱特表明他的方法和马利肯的方法实际等效后,鲍林觉得没有必要再去纠缠分子轨道法了。他的思想符合化学家对于化学键的认识;与此相反,鲍林觉得马利肯的方法不符合直觉,不容易为学生所接受。
鲍林的化学键理论一举成名,而马利肯的理论却默默无闻。原因有多种,最主要的是,鲍林是一个能说会道的教师,一个妙笔生花的作者。他深诸如何用化学界听得懂的语言来进行交流。鲍林一开口,价键理论似乎是不容质疑的智慧。马利肯一张嘴,听众就昏昏欲睡。马利肯是一个糟糕透顶的教师,在大庭广众面前极不自在,声音小得几乎听不见。他不愿意迎合自己化学系的学生,讲课时总是离题万里,充斥着数学,听者很难跟得上。他的书面功夫也好不到哪里去。随着年代的推移,马利肯和他的一小批追随者埋头于改进他们的分子轨道法,不断地使数学方程更精炼,并运用它成功地解决了一些问题。二十年后,新一代的化学家将更倾心于马利肯的理论。但是,在30年代,马利肯的思想被来自帕萨迪纳的高谈阔论淹没了。
在第一篇论文“化学键的本质”发表之后,鲍林的灵感喷涌而出。1931年6月,他提交了一篇后续的论文,这篇论文成了其论文系列的第二篇。在这篇论文中,鲍林探讨了如何用量子力学来解释相对较少的单个电子和三个电子的化学键问题。在不同的解释中,他用计算的办法帮助确定了诸如氧、硼和硝亚基化合物特殊的键合特性,即让路易斯着迷的罕见的“孤电子”分子。路易斯本人和鲍林就这篇论文中的一些观点进行了探讨。当鲍林在伯克利访学的时候,两人在路易斯办公室的黑板上涂满了示意图和公式。路易斯一边喷吐着雪茄的烟雾,一边喷吐着真知和灼见。
鲍林下一步的目标是更大的难题。长期困扰化学界的一个疑案是两种不同类型的化学键,也即离子键和共价键之间的关系。按照路易斯的观点,如果两个原子平等地共用一对电子,所形成的化学键就是共价键;如果某一原子把整个电子对都拉到自己这一边,使一个原子带负电,另一个原子带正电,所形成的化学键就是离子键;离子键是由正负离子之间的静电引力所产生的化学键。问题是,离子键和共价键是具有截然不同性质的两类现象呢,还是如路易斯认为的,是一个连续作中的过渡。
在鲍林“化学键的本质”系列的第三篇论文中,鲍林指出,量子力学又一次支持了路易斯的观点。至少在某些情况下,他的公式表明,兼有离子和共价性质的“偏离子”键符合量子力学和实际观测的结果。在其他情况下,他发现不同类别的化学键之间的跳跃是非连续的;这涉及原子对电子吸引程度的大小。他举了几个实例,并提出一些形成这些中间化学键所必要的条件来证实自己的观点。
在写到化学键的时候,鲍林开始用“共振”一词来代替“电子交换”,而且他把这一概念推广到了新的领域中。海森伯使用电子交换的概念来说明电子的可交换性;海特勒和伦敦用它来解释共价化学键;鲍林和斯莱特用它来解释形成四面体碳原子这类混合化学键所需要的能量。现在鲍林又提出,如果满足一定条件的话,在分子的离子键和共价键之间的状态也会存在共振。例如,氯化氢既可以被看作是氢原子通过纯粹的共价键与氯原子键合在一起,也可以被看作是带正电的氢离子通过纯粹的离子键与带负电的氯原子键合在一起。鲍林指出,实际的分子是一种混合的类型,一种在两种极端情况之间的共振结构。不管何时发生这种情况,“只要在两种形式之间产生了共振,结构就稳定下来,”鲍林说。
对鲍林而言,整个化学观念开始发生变化。他兴奋地意识到,共振也可以运用到单键和双键的关系上来——并不需要非此即彼,而可以在两种状态之间产生共振,从而形成具有独特性质的稳定的偏双键。对于那些不能纳入经典理论范畴的结构,共振给出了圆满的解释。
实际上,按照这一新思想,所有的化学现象都可以重新加以估价,而鲍林在30年代早期从事的正是这一宏图大业。通过把自己的共振理论运用到各类化学键问题上,并根据已知的键长和键强的经验数据修正自己的理论结果,鲍林写出了一系列论文,把化学引向了一条新的道路。
鲍林的知名度随着每一篇论文的发表而增长着。1932年春天,他接受了斯莱特的邀请,以访问教授的身份到麻省理工学院讲学一学期,而把再过3个月就要临产的爱娃留在了帕萨迪纳,这是爱娃第三次怀孕。他在东部访问期间,马不停蹄,不管是在讲座上,还