吳學周：中國科學院學部委員(院士)、物理化學家
來源：????時間：2009-11-03
吳學周(1902年9月20日—1983年10月31日)，出生于江西萍鄉(xiāng)。物理化學家。1955年被選聘為中國科學院學部委員(院士)。1951年加入九三學社。九三學社第三屆中央委員會委員，第四、五、六屆中央委員會常委。
吳學周于1902年9月20日出生于江西省萍鄉(xiāng)縣一個書香門第，祖父是清朝舉人，父親以教私塾為業(yè)，崇尚新學，思想開明，勤奮好學，1909年專門到萍鄉(xiāng)師范學校改學新學。吳學周自幼受著良好的家庭教育，特別是他父親對他啟蒙影響很大。1916年，吳學周考入萍鄉(xiāng)縣立中學，接受較系統(tǒng)的自然科學教育，他對數(shù)理化有濃厚的興趣。1920年考取南京高等師范學校(后改為東南大學，即現(xiàn)在的南京大學)，學習化學。1924年以優(yōu)異成績畢業(yè)于東南大學化學系，經(jīng)張子高教授推薦留在化學系任助教。1927年經(jīng)吳有訓教授介紹，曾在江西省立南昌中學高中部任教半年，然后回東南大學繼續(xù)任化學系助教。又經(jīng)吳有訓教授推薦，參加江西省教育廳公費留學生考試，以全省總分第一名的成績考取公費留美學習的資格。
1928年，吳學周來到美國加州理工學院攻讀博士學位，專業(yè)為物理化學。這所大學的校長是1923年榮獲諾貝爾物理獎的RA密立根(Millikan)教授，很多有造詣的科學家云集在該校，開展著前沿課題的研究工作。吳學周學習刻苦、善于實驗，用不到三年的時間提前完成了學業(yè)，1931年夏被授予博士學位。同年，在《美國化學會會志》(Journal of the American Chemical Society)上發(fā)表了兩篇論文：“HCl溶液中四價銥還原成三價銥的還原電位”(Reduction Potential of Quadrivalent to Trivalent Iridium in Hydrochloric Acid Solution)和“銥的電位測定”(Potentiometric Determination of Iridium)。20世紀30年代初期量子力學蓬勃發(fā)展，并推動著相關學科的發(fā)展，原子光譜曾經(jīng)為量子力學的發(fā)展奠定了實驗基礎。學術(shù)思想活躍的年輕人吳學周銳敏地感到，分子光譜研究將是未來重要的前沿領域。因此，他在做博士論文的同時，自學了量子力學，并調(diào)整研究方向，逐步把目標轉(zhuǎn)到分子光譜領域，與該校的RM貝杰(Badger)教授合作，開展多原子分子的吸收光譜研究。他先后在《美國化學會會志》和《物理評論》(Physical Reviews)上發(fā)表了“氣態(tài)鹵化氰的吸收光譜、結(jié)構(gòu)和解離能”、“近紫外區(qū)氰的吸收光譜”和“從光譜數(shù)據(jù)計算幾種簡單多原子氣態(tài)分子的熵”(The Entropies of Some Simple Polyatomic Gases Calculated from Spectral Data，1932)等一系列研究論文。他找到了CICN，BrCN和ICN連續(xù)吸收光譜的長波極限，從它們的光譜類似推斷出三種分子具有相似的幾何結(jié)構(gòu)，由熱化學和光譜數(shù)據(jù)確定了常態(tài)鹵化氰由常態(tài)鹵素原子和常態(tài)CN基構(gòu)成，第一激發(fā)態(tài)則由常態(tài)鹵素原子和處于激發(fā)態(tài)2π的CN基構(gòu)成。他把光譜數(shù)據(jù)與分子結(jié)構(gòu)及熱力學參數(shù)關聯(lián)起來，開拓了分子光譜的研究和應用領域。利用該校良好的條件，自己動手設計實驗裝置，測定了乙炔、乙烯、乙氰、兩烷、氨、碘甲烷和乙醛等14種氣體的遠紅外光譜，其論文“氣態(tài)的遠紅外光譜”(Far Infrared Spectra of Gases，1932)后來發(fā)表在《物理評論》上，他的這些工作受到了國際學術(shù)
界的關注。分子光譜研究，在量子力學的發(fā)源地歐洲備受重視。為了吸取先進經(jīng)驗，交流學術(shù)思想，1932年秋，吳學周以訪問學者的身分應邀來到德國，在達姆斯塔特高等工業(yè)學校進行合作研究與講學，在這里他結(jié)識了因分子光譜研究而榮獲諾貝爾獎的G赫茲堡教授。
1933年夏，應中央研究院化學研究所所長王的邀請，吳學周回國擔任化學所的專任研究員。王期望吳學周能在該所把走在世界科學前沿的分子光譜研究繼續(xù)下去，以帶動理論化學研究的開展。盡管困難重重，他還是與柳大綱、朱振鈞等一起完成了“丁二炔的紫外吸收帶
”、“氰酸和某些異氰酸酯的吸收光譜和解離能”、“乙氰分子的基頻”和“乙氰分子在近紫外區(qū)的新吸收帶系”等十多項研究工作，論文先后在美國著名的《物理評論》、《化學物理雜志》(The Journal of Chemical Physics)和德國的《物理化學雜志》(Zeitschrift für Physikalische Chemie)上發(fā)表。雙氰是對稱的簡單四原子線型分子，其對稱性質(zhì)與幾何形狀和當時研究得相當成熟的同核雙原分子非常相似。吳學周認為，以這種分子作為模型化合物，考察原子數(shù)目增加給光譜帶來的變化規(guī)律以及怎樣由這些變化了的復雜光譜中提取有用的分子信息，對于復雜分子的光譜研究具有理論與實踐上的指導意義。他經(jīng)歷了幾個春秋，實驗上精益求精，紫外吸收池從50厘米最后增長到3000厘米。攝譜裝置的分辨率也一再提高，首先在182—230nm區(qū)確定現(xiàn)稱為←的帶系，以后又在240—302nm區(qū)發(fā)現(xiàn)一個新的弱吸收帶系。在整個203—302nm的光譜區(qū)內(nèi)，鑒認了900多條吸收帶，實驗之精細令行家無不驚嘆。吳學周等根據(jù)紅外與拉曼光譜的數(shù)據(jù)，第一個確定了雙氰分子的基頻振動頻率，他從電子光譜發(fā)現(xiàn)，C—N鍵伸縮振動頻率在電子激發(fā)態(tài)時變小，而C—C鍵伸縮振動頻率在激發(fā)態(tài)時增大，從而推出電子激發(fā)態(tài)中的雙氰具有型結(jié)構(gòu)。他率先闡明了電子吸收光譜在研究分子激發(fā)態(tài)時的意義，尤其是對激發(fā)態(tài)分子結(jié)構(gòu)的推斷，為后來利用共振拉曼光譜研究激發(fā)態(tài)位能面提供了思想基礎。關于雙氰分子的振動基頻歸屬，在這個時期是有爭論的，為此，他與柳大綱、朱振鈞在1935年的《中國化學會志》上發(fā)表有關XCN和XCCX線型分子的力常數(shù)計算公式時，修正了一個基頻。對A奧耶肯(Eucken)和A貝爾夫拉姆(Berfram)由比熱給出的力常數(shù)值與歸屬，吳學周曾在德國《物理化學雜志》上載文評述，由變形振動及其相互作用力常數(shù)的計算，指出他們的歸屬是錯誤的。雙氰分子紫外光譜的研究成功，增強了吳學周對光譜研究的信心，他計劃以C２H２為對象，通過溫度對光譜變化來確認哪些躍遷來自振動基態(tài)，哪些來自振動激發(fā)態(tài)，用這兩組譜帶的頻率差與紅外和拉曼光譜的結(jié)果進行比較；利用同位素取代，由C２Ｄ２的光譜來鑒認(0，0)帶和歸屬電子基態(tài)與激發(fā)態(tài)的振動頻率；利用分辨率高的光柵攝譜儀來分析某些譜帶的轉(zhuǎn)動機構(gòu)，以了解電子躍遷的本質(zhì)和振動選擇定則。因當時處于抗日戰(zhàn)爭時期，他只完成了第一步設想。他與柳大綱等人，在乙炔低于243nm的短波紫外區(qū)內(nèi)，分辨出可歸屬為←系的1000多條譜帶和譜線以及許多轉(zhuǎn)動線。三個帶系的強度與溫度無關，他認為：這些躍遷起始于電子基態(tài)中的振動基態(tài)；這些譜帶間的頻差580cm１實際上是電子激發(fā)態(tài)的振動ν４（Ｅu）；七個主要帶系的頻率差1050cm１，可歸結(jié)為這個激發(fā)態(tài)中的ν5振動的泛頻2ν5。利用光譜的溫度效應來鑒別譜帶系的起因，對電子光譜的研究具有普遍意義。在上述工作的基礎上，吳學周從兩個方面開拓他對紫外光譜帶系的研究：一是考察不對稱線型和非線型分子，一是原子數(shù)更多、更復雜的對稱線型分子。前者如HNCO，CH3NCO，C2H5NCO，C6H5NCO，CH3SCN，C2H5SCN，CH3NCS，C2H5NCS，CH2∶CH2NCS和C6H5NCS，后者如丁二炔等。
吳學周是我國最早把光譜數(shù)據(jù)應用于分子常數(shù)和熱力學函數(shù)計算的光譜學者。氰酸、氰酸酯、異氰酸酯和鹵化氰分子的解離能的確定；HCN，CICN，BrCN，ICN，C2N2和C2H2等分子在298K的熵值計算，對光譜研究均具有指導意義。他在開展光譜基礎研究的同時，就注意了這門學科在物理化學研究中的應用。他在硫氰酸酯和異硫氰酸酯的吸收光譜考察中，基于每個分子具有兩個連續(xù)吸收區(qū)而求出兩種解離能，并認為解離成烷基或芳基，硫氰酸基或異硫氰酸基，是初始光化學過程。在裝備了紅外光譜儀以后，他又開展了紅外與紫外在化學反應中的應用。開創(chuàng)了我國多原子分子光譜研究的新局面。有些工作是對國際化學界的貢獻。
“七七事變”后，日軍大舉侵華，中央研究院化學所決定遷往云南昆明。1938年夏，吳學周隨所搬遷，輾轉(zhuǎn)萬里，千辛萬苦保存好圖書和儀器。鑒于在遷所過程中表現(xiàn)出的組織管理才能和獻身科學的精神，中央研究院蔡元培院長委任他為代理所長，主持籌建科學實驗館。在短短的六個月內(nèi)，建成了臨時實驗館，一年以后，永久性實驗館又告落成。這一時期，吳學周為建館嘔心瀝血，勘察設計、四處聯(lián)系、多方奔走，大部分精力消耗在事務性的工作中，這種精神倍受同行友好贊譽。由于經(jīng)費、試劑和儀器等原因，氣體吸收光譜研究無法進行，吳學周改為從事溶液和液體光譜研究，同時開展反應動力學研究，著重礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用?？谷諔?zhàn)爭勝利后，中央研究院化學所遷回上海，吳學周擔任該所代所長，兼上海交通大學和上海醫(yī)學院教授，講授物理化學，直到上海解放。中華人民共和國成立后1個月，中國科學院成立，吳學周被任命為中國科學院化學研究所所長。此前，于1949年7月，他參加了中華全國第一次自然科學工作者代表大會籌備委員東北參觀團，東北地區(qū)的資源和工業(yè)建設給他留下了深刻印象。1950年，中國科學院郭沫若院長電邀吳學周來京，請他與嚴濟慈、武衡等一起去東北組建科學院東北分院，并對吳學周說：“毛主席提出要建設好東北，你們遷一部分人去那里怎樣?”他毫不猶豫地回答：“可以。”上海物理化學研究所的30多名科技人員在吳學周帶領下來到長春，于1954年與長春綜合研究所合并，成立了中國科學院應用化學研究所，他被任命為所長。辦好研究所和發(fā)展化學學科，人才是關鍵，吳學周領導組織了學習班，其中舉辦了54個單位參加的“光譜分析學習會”，為全國培養(yǎng)了大批科技骨干。1958年創(chuàng)辦了長春化學學院和附設的化學學校與技工學校，由唐敖慶、錢保功、孫家鐘、吳欽義等著名教授為光譜班講課，先后為科研單位和高等院校培養(yǎng)了100多名磁共振、分子光譜、原子光譜和X衍射結(jié)構(gòu)研究人員。1978年，吳學周以分子光譜專家的身份冷靜分析了我國在這個領域的狀況，注意到進口光譜儀器很多，但分子光譜研究的論文卻寥若星晨，有學術(shù)創(chuàng)見的論文則更少，存在著忽視理論和基礎研究的傾向。于是在他的倡導、籌備和主持下，受中國化學會的委托于1980年在長春舉辦了分子光譜基礎理論學習討論班，江元生、胡皆漢、王宗明、辛厚文等專家參加了講學和討論，年近80高齡的吳學周，對激光產(chǎn)生的理論與實踐背景、激光拉曼光譜的進展等問題，做了非常精辟而生動的講演。吳學周認為，辦好研究所要抓三件大事，一是選擇好研究課題，二是要有一支訓練有素具有高科學水平的研究隊伍，三是具備良好的實驗設施。而確立研究方向是關鍵。他借鑒國內(nèi)外的經(jīng)驗，根據(jù)國家建設的需要和科研發(fā)展的趨勢，對該所的研究方向不斷進行調(diào)整和更新。先后建立了超純物質(zhì)及稀土元素分析、輻射化學和激光化學等十余個新的研究室，使中科院長春應用化學研究所逐漸形成包括無機化學、分析化學、物化與結(jié)構(gòu)、有機高分子四大中心的綜合研究機構(gòu)，并先后組織力量在合成橡膠、塑料、粘膠劑、稀土材料、電分析化學、有機結(jié)構(gòu)、痕量分析、催化和激光分離同位素等多方面攻關，取得很大的成績。吳學周在建所和研究工作的業(yè)績和成就，正如他在1983年10月31日逝世后，他在德國的朋友、諾貝爾獎得主G赫茲堡教授從加拿大打來的唁電中所寫“他在應用化學方面的后期工作，包括長春(應化)所的建立，將成為他事業(yè)的豐碑。”
吳學周自1939年開始，曾10次被選為中國化學會理事或常務理事，并擔任過該會物理化學委員會主任委員。1948年當選為中央研究院院士，1957年被任命為國務院科學規(guī)劃委員會化工專業(yè)組副組長，1978年由國家科委聘為化學組成員，1979年兼任中國科學院環(huán)境化學研究所所長，1980年任中國科學院環(huán)境委員會副主任，同年又當選為吉林省科協(xié)主席、擔任過《中國大百科全書·環(huán)境科學卷》主編，《分析化學》、《應用化學》和《應化集刊》等出版物的主編。對發(fā)展祖國科學、繁榮學術(shù)做了許多組織領導工作。吳學周還是九三學社吉林省委員會創(chuàng)始人之一，長期擔任九三學社長春市委員會主任，并于1956—1983年任九三學社中央委員會常務委員。曾任吉林省政協(xié)副主席，省人大常委會副主任，全國政協(xié)委員，全國人大第二、三、五、六屆代表。
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