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20世纪的科学怪杰鲍林

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14 英国之旅
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保持平直。他又将那些区别不同类型的氨基酸分子的侧键画成由螺旋线中心指向外面的线段。通过这种表示法,这些侧键将不会对存在于中心部位的重复结构产牛干扰,

    然后,他将纸张进行折叠。折叠时将肽键平直地保持在纸页上,而只在氨基酸骨架中与肽键相连的单个碳原子处折角,这是他认为可能发生旋转的地方。他设法将角度折得与四面体角大致相等,这样大小的折角对碳键来说是最自然的。他对纸张采用各种不同的折叠方法,力图把元素排成恰当的形式,以便形成尽可能多的氢键。没隔多久,他就得出了一种形状优美的螺旋结构。这使他大喜过望。这个结构具有平面性的肽键,大致正确的键角和长度,并可在拐弯处形成适当数量的氢键。“我一下子忘记了自己正患着感冒,我实在是太兴奋了,”他说。

    这是一个典型的例子,能够很好地说明鲍林的随机方法的特点:采用少数几个起关键作用的限定性化学规则去构作合理的结构模式。然而,当鲍林意识到从他的模型所得出的X射线衍射图形很可能与阿斯特贝里和其他人得出的图形不相符时,他的兴奋情绪减退了。自然界的角蛋白分子显示出5.1埃的强反射,这一长度被认为是在链的轴向上两个重复单元之间的距离——在螺旋结构中,就是链的两个相邻螺圈之间的距离。为了在螺旋模式中验证这个可能的结果,需要花几个月的时间仔细地构作模型,但从他的简略草图似乎已可看出,他的螺旋模式将产生出不同的周期性间距。通过应用他自己提出的关于肽键和氢键的规则进行推算,鲍林发现:“我无法将我的结构伸长或压缩。”

    鲍林又回到了床上。他并没有张扬自己涂抹的草图,甚至没有写信告诉科里。他只是把螺旋型构想存放起来,留待回到加州理工学院后作进一步探索。正如他所说,他所拥有的全部成果暂时“还只是一张纸片”。

    龟兔赛跑

    鲍林的骨窦炎持续了好几个星期,当他携家人到巴黎进行学术访问时仍未痊愈,鲍林安置好住处后,随即说服美国大使馆的医生给他配了一些青霉素,服用后炎症果然就很快消失了。爱娃和孩子们抓紧时间外出逛公园,参观博物馆和大教堂,到食品店购物,而鲍林则忙于参加法国科学界的各种社交活动。

    在鲍林参加的一次科学研讨会上,会议组织者专门留出一整天时间来讨论、比较鲍林的分子价键理论和芝加哥大学马利肯①的分子轨道理论的优缺点。这次讨论成为与会者关注的热点。

    ①马利肯(RobertMulliken,1896—1986),美国化学家,物理学家,提出不同原子结合成分子时电子轨道行为的量子力学理论,获1966年诺贝尔化学奖。

    在人数日趋众多的量子化学界内,人们把这两种理论的争论看得有点类似于马丁·路德①教皇的挑战。从同一本“圣经”即公认的量子力学原理出发,两位科学家在近20年的时间里对它的化学意义作了迥然不同的解释。

    ①马丁·路德(MartinLuther,1483—1546),德国人,16世纪欧洲宗教改革运动发起者,基督教新教路德宗创始人,曾公布《九十五条论纲》(1517),抨击教廷发售赎罪卷,否定教皇权威,将圣经译成德文。

    从德国化学家海特勒和伦敦的电子交换思想导出的鲍林理论认为,分子是不同原子的叠合体。原子与原子之间通过键联结,而键是由定位于两个原子核之间的若干个电子形成的。键的数目等于元素的价数,也就是元素的键容量,由此鲍林学派就被人们称为价键学派或VB学派。从理论上说,将每个键的波函数叠加起来,就可计算出总的量子力学状态。当然对计算结果还需根据每个健对相邻键的作用情况进行适当的修正。

    在鲍林大力宣传VB理论的近20年时间里,马利肯却耐心研究自己的分子轨道(MO)理论,他坚信:分子并不是像VB理论鼓吹者所设想的那种情况。在马利肯看来,分子并不是由不同的原子通过不同的键联结起来的聚集体,而是一个不可分割的整体,其特有的性态只能从分子本身来加以解释。他研究过分子吸收和发射光谱的现象,这方面的研究经历使他相信不应把键接电子看作是固定在某个位置上的,而应看作分布在整个表面上,这样才能更好地解释分子的性态。虽然这个理论对多数化学家来说不那么直观,但马利肯经过20年的研究后坚信这个理论是正确的。马利肯认为,分子应该是它们自身实际表现出来的那个样子,而不是如19世纪的化学家所设想的它们应该具有的那种样子。他借用美国女作家斯泰因①话来概括自己的观点:“分子的定义是:分子就是分子。”

    ①斯泰因(GertrudeStein,1874—1946),美国女作家,移居巴黎(1903),提倡先锋派艺术,运用重复或片断化、简单化手法写作,作品有小说《三个女人的一生》、《艾百斯·B·托克拉斯自传》等。

    在价键理论和分子轨道理论的争论中,绝大多数化学家赞同和接受价键理论,出现这个结果的一个主要原

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